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揭示石墨到金刚石的直接相变机理 燕山大学赵智胜教授获陈嘉庚青年科学奖

关键词 石墨 , 金刚石|2024-06-27 14:13:08|来源 中国超硬材料网
摘要 6月25日,2024年度陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖颁奖仪式在中国科学院第二十一次院士大会上举行。陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖均设立六个奖项,分别是数理科学奖、化学科学奖、生命...

        6月25日,2024年度陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖颁奖仪式在中国科学院第二十一次院士大会上举行。陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖均设立六个奖项,分别是数理科学奖、化学科学奖、生命科学奖、地球科学奖、信息技术科学奖和技术科学奖,依托中国科学院学部平台组织评审,每两年评选一次。每项陈嘉庚科学奖获奖项目奖金为100万元人民币,陈嘉庚青年科学奖的每位获奖人奖金为20万元人民币。

       凭借揭示了石墨金刚石的直接相变机理,创制了石墨-金刚石共格界面的新型杂交碳材料这一突破性技术成果,燕山大学赵智胜教授获得2024年度陈嘉庚青年科学奖技术科学奖。

        石墨和金刚石是自然界中最常见的碳材料。上世纪中叶,人们利用石墨在高温高压下的相变成功合成出金刚石。相变过程是在高温高压“黑盒子”里进行的,无法直接观测。理论学家相继提出了协同切变和成核-生长机制来解释石墨到金刚石的直接相变,但这两种机制都无法完美解释实验结果。

         燕山大学赵智胜教授在静高压下部分相变的石墨样品中首次观察并确定了石墨和金刚石之间的共格界面结构,进而发现了全新的基元拓展机制:石墨层通过局部键合形成菱形或矩形金刚石结构基元,同时伴随共格界面的形成;再通过界面处的金刚石基元向石墨区域进行拓展和复制,逐步实现石墨到金刚石的转变。这种全新的固/固相变机制不同于经典的成核-生长和协同切变机制。在该机制中,首先形成的是由上下碳六元环结构组成的基元,它的尺寸小于金刚石晶胞,也远小于传统成核-生长机制中的临界晶核尺寸;而金刚石的生长是靠基元堆砌和扩展来实现的,这跟经典的成核-生长机制不同。

       通过控制石墨到金刚石相变的进程,赵智胜教授还创制出了石墨-金刚石杂交碳,并将其命名为Gradia。Gradia是一种集金刚石和石墨的优点于一身的碳材料,展现了超高的硬度、韧性和可调的导电性。通过调控石墨和金刚石的比例可实现对Gradia性能的精确控制,使其成为具有导电/超硬、极韧/极硬等优异性能组合的新一代高性能碳材料。

       据了解,陈嘉庚科学奖是以著名爱国华侨领袖陈嘉庚先生的名字命名的科学奖励,其前身是1988年设立的陈嘉庚奖。2003年,经国务院同意,中国科学院和中国银行共同出资成立陈嘉庚科学奖基金会,设立陈嘉庚科学奖,旨在奖励近期在中国做出的重大原创性科学技术成果。陈嘉庚青年科学奖于2010年设立,旨在奖励在中国独立做出重要原创性科学技术成果的青年科技人才。

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        赵智胜,燕山大学教授、博导。研究方向为超硬材料与结构陶瓷。发展出了超硬高韧、自润滑以及导电性可调的石墨-金刚石杂交碳(Gradia)、最硬非晶碳(AM-III)、导电超硬的非晶碳/纳米金刚石复合材料、室温高弹塑性的转角层状氮化硼陶瓷等新型和高性能亚稳材料。主持国家自然科学基金面上、优青、杰青、重点项目、国家重点研发计划课题、河北省杰青、河北省百人计划等基金项目。以主要完成人获河北省自然科学一等奖和二等奖。在Nature、Nat. Mater.、Natl. Sci. Rev.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Matter、PNAS、PRL、JACS等期刊发表SCI论文160余篇,他引5000多次;已申请国内外发明专利48项,其中授权美日欧专利18项、中国发明专利16项。研究成果被Nature、Science、人民日报、新华社、国家自然科学基金委员会等亮点报道和介绍。

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