六方金刚石（HD），又称为蓝丝黛尔石，因其理论硬度超越立方金刚石（CD），且可作为陨石撞击的矿物学标志而备受关注。自约60年前在陨石中发现后，科学家尝试通过高压高温处理或冲击压缩石墨等方式合成HD，但由于CD在热力学上更稳定，天然和合成产物中均优先形成CD，HD仅以微量存在，且易与具有堆垛层错的CD混淆，导致HD的物相真实性备受质疑。同时，冲击压缩等方法虽能观测HD的晶体结构，但样品会随之破坏，难以获取纯相HD。因此，HD的存在长期存在争议，其物理特性也因缺乏纯相样本而难以深入研究。
基于以上难题，郑州大学单崇新教授、程少博教授、杨西贵教授联合南京大学孙建教授在Nature上发表了题为“Bulk hexagonal diamond”的论文，报道了在高温下从沿c轴压缩的高度取向热解石墨（HOPG）合成毫米大小的相纯HD。结合先进的结构表征和理论模拟，研究人员确认了HD的物相结构，并阐明了石墨的转化途径。块状HD的硬度略高于CD，并且具有较高的热稳定性。这些发现解决了关于HD作为离散碳相存在的长期争议，并为石墨到金刚石相变提供了新的见解，为HD在先进技术应用中的未来研究和实际应用铺平了道路。
图1、石墨的XRD图谱和压力-温度相图 © 2026 Springer Nature
图2、从20 GPa和1300℃恢复的块状HD的原子结构 © 2026 Springer Nature
图3、基于机器学习势的HOPG向HD转化过程的大规模分子动力学模拟 © 2026 Springer Nature
图4、大块HD的机械和热性能 © 2026 Springer Nature
综上，本研究首次通过在高温高压条件下压缩HOPG前驱体来合成由堆叠纳米层组成的纯相HD，并通过多尺度结构表征与理论模拟，确证其作为独立碳物相的存在。在大规模分子动力学模拟的支持下，结构和光谱分析明确确认了HD的结构，并揭示了层间键合通过抑制基面滑动来驱动石墨到HD的转变。HD的硬度值略高于CD，同时具有高剪切模量和显著的热稳定性。这些发现不仅为在极端条件下石墨到金刚石的转变提供了基本的见解，而且还为以块状生产HD提供了一种实用的策略。此外，它们可能有助于解释天然蓝丝黛尔石的罕见形成，并为HD在先进的工业和地球科学应用中的部署开辟了新的可能性。
原文详情：Bulk hexagonal diamond (Nature 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10212-4)
来源：材料人
