Nature-共格晶界,控制着从石墨到金刚石的直接转变

DT半导体材料 2022-07-07 18:00


从石墨到金刚石的直接转变,一直是具有重大科学和实践意义的长期挑战。先前提出的转变机制,多是基于缺乏原子分辨率的传统实验观察,不能解释转变过程中,石墨-金刚石界面出现的复杂纳米结构。


今日,燕山大学,亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室 田永君院士Yongjun Tian,赵智胜Zhisheng Zhao团队Kun Luo,Bing Liu,Wentao Hu,Xiao Dong等,Nature上发文,报道了使用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜,在从静态压缩中恢复的部分转化石墨样品中,由四个基本结构基元组成的石墨-金刚石共格晶界的鉴定。这些实验观察,提供了对石墨到金刚石转化的可能途径的深入理解。

理论计算证实,与先前提出的其他途径相比,通过这些共格晶界的转化,在能量上是有利。石墨到金刚石的转变,是由纳米级相干晶界的形成(金刚石成核)控制的,在静态压缩下,其晶界演进以消耗剩余的石墨(金刚石生长)。这些研究结果,也为其他碳材料和氮化硼,在不同合成条件下的转化机制提供了新线索。

Coherent interfaces govern direct transformation from graphite to diamond. 
共格晶界控制着从石墨到金刚石的直接转变。

图1:高温高压下high pressure, high temperature,HPHT,石墨XRD图谱和相演化图。


图2:从15GPa和1200°C恢复的样品微观结构。


图3:石墨和金刚石之间的共格界面结构。


图4:通过梯度界面的中间晶体(假设),从石墨到金刚石的能垒和转变过程。



来源:今日新材料


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