科學(xué)家成功合成高品質(zhì)黑金剛石

金剛石并非只有晶瑩剔透的白色形態(tài)。其色澤的多樣性來源于晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微量元素或包裹體的差異。今天要提到的是黑金剛石（Carbonado），俗稱“黑鉆石”，它不僅色澤深邃高貴，其形成之謎更橫跨地球科學(xué)與天體物理學(xué)兩大領(lǐng)域。近日，中國科學(xué)家的一項重磅成果，為解開這一謎題帶來了曙光。

與常見的單晶透明鉆石不同，黑金剛石是一種多晶金剛石聚合體。它由無數(shù)微小的金剛石晶�！拌偳丁倍�成，內(nèi)部通常包裹著石墨、無定形碳或其他礦物雜質(zhì)。正是這些復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，賦予了它黝黑不透明、卻帶有金屬般強(qiáng)光澤的獨(dú)特外觀，同時也使其具備了極高的硬度和韌性。天然黑金剛石極為稀有，目前，天然黑金剛石僅發(fā)現(xiàn)于巴西與中非共和國的沖積礦床中，成因至今仍是科學(xué)謎團(tuán)。科學(xué)家們提出了多種假說，包括地球深部高壓形成、宇宙隕石墜落或遠(yuǎn)古小行星撞擊地球遺留等。由于其極為稀有，天然黑金剛石在寶石與收藏領(lǐng)域價值顯著。

黑金剛石的起源是科學(xué)界長期爭論的前沿課題。主流假說認(rèn)為，它可能形成于地球地幔深處極端的高壓高溫環(huán)境；另一種猜想是，它或許源于遠(yuǎn)古時期小行星撞擊地球時產(chǎn)生的瞬間超高壓高溫；甚至還有假說認(rèn)為它可能來自富碳的星際空間，隨隕石降臨地球。這個未解的謎團(tuán)，為這種黑色金剛石蒙上了一層宇宙級別的神秘面紗。

當(dāng)前市售“黑鉆”絕大部分是經(jīng)過人工輻照處理的無色鉆石。這種處理僅改變了鉆石表層的顏色，其內(nèi)部仍是單晶結(jié)構(gòu)，與天然黑金剛石的多晶聚合結(jié)構(gòu)和物理性能有著本質(zhì)區(qū)別�？梢哉f，在此之前，實驗室并未真正復(fù)制出這種類天然結(jié)構(gòu)黑金剛石。

近日，這一*被中國科學(xué)家團(tuán)隊所填補(bǔ)。燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實驗室田永君院士團(tuán)隊的趙智勝教授等人基于固-固相變新原理，成功實現(xiàn)了高品質(zhì)黑金剛石的人工合成。他們所合成的黑金剛石顏色均勻深邃，質(zhì)地致密，其性能尤為*：硬度可在40-150GPa的寬廣范圍內(nèi)調(diào)控，*高硬度的樣品可以輕松刻劃天然鉆石；其韌性更是達(dá)到普通鉆石的2至4倍。相比之下，天然黑金剛石內(nèi)部往往存在成分不均、孔隙等缺陷。

這項突破性研究，在科學(xué)上，合成實驗本身為驗證黑金剛石的多種起源假說提供了關(guān)鍵的實驗證據(jù)和全新視角，在技術(shù)上，這種硬度與韌性可協(xié)同調(diào)控的超硬材料將帶來長遠(yuǎn)技術(shù)啟發(fā)，有望用于制造超高耐磨損的高端切削刀具、超精密加工儀器、深海鉆探鉆頭以及*防護(hù)裝甲。當(dāng)然也可能為珠寶市場提供來源可靠、品質(zhì)均勻的真正“黑鉆石”。