全球首次！中國科學家合成出“藍絲黛爾石”

鉆石和“藍絲黛爾石”（Longsdaleite）其實都是碳的同素異形體，它們都是由碳元素構成的，兩者的區別主要是它們微觀層面上原子的堆砌方式。

其中鉆石屬于是立方晶系結構，其中的碳原子以四面體的方式鍵合，由于其鍵長是相等的，因此它們會在三維空間形成非常規則的立方堆疊，所以晶格呈現高度對稱的立方排列。

而由于“藍絲黛爾石”的鍵長略有差異（有些鍵比普通鉆石短，有些則稍長一點），因此它們在堆疊時就會沿六方方向層層排列。這種結構被稱為“六方晶系”，因此“藍絲黛爾石”也被稱為“六方金剛石”。

從側面觀察，普通鉆石是由三層碳原子平面重復堆疊而成，即第一層是A，第二層是B，第三層是C，然后再回到A，如此往復。而“藍絲黛爾石”則是一種更為簡潔的“兩層循環”，第三層直接重復第一層的位置，形成A-B-A-B...的堆疊模式。

“藍絲黛爾石”這樣的構造，就使得其層間相互作用比普通鉆石更強，進而具備更高的硬度，從理論上來講，其硬度可以比普通鉆石硬58%。

“藍絲黛爾石”最初發現于隕石之中，但隕石中“藍絲黛爾石”的尺寸小到以納米計，而且總是和石墨、普通鉆石等其他碳物質混雜在一起，根本無法分離出純凈的顆粒進行研究，因此科學家一直在致力于通過人工合成“藍絲黛爾石”。

在過去的日子里，科學家采用了多種方法（例如爆炸合成、化學氣相沉積等），但始終只能得到極為微量且不純凈的產物，所以相關的研究遲遲沒有進展。

現在，一個好消息傳來：來自中國科學院西安光學精密機械研究所和北京高壓科學研究中心的科學家團隊，成功合成出一批尺寸從百微米級到毫米級的“藍絲黛爾石”。

（↑此次研究已發表在《自然》雜志上）

根據介紹，在此次研究中，科學家開發了一種使用金剛石壓砧（一種將樣品擠壓在兩個金剛石制成的平坦表面之間的設備）的高壓高溫合成方法。

具體來講，科學家采用了高純石墨作為原材料，然后對其持續施加一種準靜壓力，讓壓力像深海里的水一樣，從四面八方均勻地、溫柔地包裹住樣品。

隨著壓力的增強，當壓力達到20萬倍大氣壓的臨界點時，科學家利用定向激光加熱讓石墨中的碳原子向新的位置遷徙，在此過程中，石墨中碳原子的化學鍵被打斷，然后重組。

由于原材料的原子結構非常規整，施加的壓力又極其均勻，在精準的操控之下，這些碳原子就井然有序地、集體轉變成了科學家想要的A-B-A-B六方結構。

隨后科學家再小心翼翼地讓溫度和壓力一點一點地降低，這樣做的好處是，可以在最大程度上保證這些新生成的晶體不會變形。

就這樣，一批尺寸從百微米級到毫米級的“藍絲黛爾石”就誕生了，它們是全球首次通過人工合成出能在常溫常壓下穩定存在，并且尺寸可觀的純凈“藍絲黛爾石”。

在高分辨率透射電子顯微鏡下，科學家清晰地看到那種標志性的A-B-A-B層狀堆疊結構，而通過X射線衍射分析，他們也捕捉到了六方晶體結構獨有的“指紋”圖譜。

不過由于樣品尺寸的限制，目前只是測量出它們的硬度至少不低于頂級的普通鉆石，暫時還無法精確驗證它們是否真的比普通鉆石硬58%。

科學家樂觀地認為，通過進一步優化提純工藝和制備條件，我們完全能在未來的10年之內造出尺寸更大、結構更完美的“藍絲黛爾石”，從而為相關的科研和應用領域打開一扇新的大門。