高压下，碳材料的神奇“逆袭”

历帅

说起最硬的物质，大部分人脑海里浮现出的都是金刚石，也就是鉆石。但是近日，中国科学家在高温高压条件下，利用碳材料，研制出了一种全新的非晶体物质。这种物质不仅硬度超过了金刚石，而且具备金刚石不具备的韧性，以及半导体特性。让我们一起来认识一下，这种神奇的新材料吧！

石墨和金刚石的原子结构示意图

碳是地球上常见的元素，也是构成有机生命体的基础元素。碳可以形成各种具有不同性质的同素异形体，例如我们熟悉的石墨和金刚石（钻石）。二者虽同质为碳，但其原子结构不同，物理性能也完全不同——铅笔芯和金刚石钻头就很直观地体现出一个的“软”与一个的“硬”。

为什么会产生这样的性能差异？如何合成更多具有奇异性质的碳材料？这些问题一直激发着科学家的研究热情，推动着碳材料科学的发展。随着富勒烯、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、石墨炔等碳同素异形体的问世，碳材料逐渐占领了21世纪材料学的大舞台。

在传统认知中，金刚石坚硬无比，常常被用作玻璃材料的切割工具。近日，中国燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室研究团队利用高温高压手段，合成了一种新型非晶碳（玻璃态）材料——AM-III，用它可以划伤金刚石。

用AM-III 刻划金刚石留下的划痕

玻璃态材料是如何实现“逆袭”的呢？从材料学角度看，除了石墨之外的其他碳形式都是亚稳材料（亚稳材料是指热力学上处于亚稳状态的一大类材料物质，亚稳状态即包括原子、离子、自由基、化合物等在内的各种化学物种，在某种条件下，介于稳定和不稳定之间的一种化学状态）。……