我校在石墨—金刚石相变机制理论研究方面取得重大进展
日期：2014-08-10
信息来源：宣传部 点击量：次
石墨和钻石同属碳的单质，一个价格低廉，另一个却是身价昂贵，如果能将石墨转化为钻石，那拥有一颗恒久远的钻石对于一个普通人来说就不再只是梦想，而这，也是几十年来国际科学界的研究热点和难点。日前，我校在石墨—金刚石相变机制理论研究方面取得重大进展，8月4日，Nature出版集团（NPG）的Scientific Reports杂志刊发了我校在石墨转变金刚石相变机制研究的理论研究成果。论文题目为《Mechanism for direct graphite-to-diamond phase transition》(石墨—金刚石相变机制研究) 。此项具有国际水平的创新性科研成果由我校殷福星教授负责筹建的能源装备材料技术研究院的研究团队成员谢红献（机械学院）、殷福星、梁春永（材料学院）以及中科院物理所的王建涛博士和中国钢研集团的于涛博士共同完成。
(http://www.nature.com/srep/2014/140804/srep05930/full/srep05930.html)
金刚石就是我们常说的钻石，是自然界中最坚硬的物质，在自然界中的储量稀少，价格昂贵；与金刚石同属于碳的单质的石墨却储量丰富，价格低廉。因此如何用石墨制备金刚石是国际科学界近几十年一直的研究热点和难点。金刚石是立方晶体结构，石墨是“ABABA”层状晶体结构。石墨要转变成立方晶体结构的金刚石，一般认为首先要转变成“ABCABCA”结构的石墨，然后通过原子面的弯曲才能转变成立方金刚石。该论文在前期多年研究工作的基础上，通过系统的分子动力学模拟计算提出了一个崭新的转变机制：“wave-like buckling and slipping mechanism”（波状弯曲滑移机制）（见插图的原子模型）。该研究表明：如果首先把石墨的层间距压缩到0.24nm左右，再沿[210]方向压缩就可得到单晶立方金刚石；如果石墨层的间距过大或过小，沿[210]方向压缩将会得到多晶立方金刚石或六角结构金刚石，且晶粒的大小决定于石墨层间距的大小。该研究工作为人工合成金刚石提供了一个全新的思路，可以按着人们的意愿控制人造多晶金刚石晶粒的大小，以及单晶金刚石的合成。如果该机制所需的条件能够实现，昂贵的钻石也许会像现在的玻璃球一样价格低廉。
原子模型 Scientific Reports是Nature出版集团（NPG）于2011年新创刊的发表原创性研究成果的综合性期刊，涉及研究领域覆盖了自然科学各个学科。在2013年度期刊引用报告（JCR）多学科类科学期刊排名第五(第一和第三分别为Nature及Nature communications)。在Altmetric 2013年最受关注的百篇论文中，该刊共有5篇论文跻身这一排行榜,其中一篇排名第一（Nature有8篇论文跻身这一排行榜）。在Nature中文版（NPG Nature Asia-Pacific）首页“来自中国的最新研究”的专栏中，Scientific Reports与2010年创刊的Nature communications，以及Nature和Nature其它子刊一起并列为中国研究人员在Nature系列期刊上发表研究成果的重要统计源期刊。 论文的第一作者谢红献博士从师于我国著名金属缺陷电子结构与材料设计专家、中科院院士王崇愚教授,并于2010年在日本国立物质材料研究机构(NIMS)殷福星教授研究室作访问学者；从攻读博士学位开始一直从事材料微观结构及力学性能的分子动力学理论模拟计算工作。近三年来以第一作者在Applied Physics Letters 和Materials Science & Engineering A等国际著名SCI杂志发表十余篇论文。2013年谢红献博士和殷福星教授合著发表在中国物理杂志上的一篇题目为《Effect of grain boundary sliding on the toughness of ultrafine grain structure steel: A molecular dynamics simulation study》的论文被英国物理学会出版社（IOPP）的“2013年CPB Annual Report”评为CPB文章在IOPP网站2013年下载量最大的论文之一(被下载383次,排名第四)。 谢红献博士的联系方式:hongxianxie@163.com, 欢迎对该研究有兴趣的老师同学随时探讨交流。
(http://www.nature.com/srep/2014/140804/srep05930/full/srep05930.html)
金刚石就是我们常说的钻石，是自然界中最坚硬的物质，在自然界中的储量稀少，价格昂贵；与金刚石同属于碳的单质的石墨却储量丰富，价格低廉。因此如何用石墨制备金刚石是国际科学界近几十年一直的研究热点和难点。金刚石是立方晶体结构，石墨是“ABABA”层状晶体结构。石墨要转变成立方晶体结构的金刚石，一般认为首先要转变成“ABCABCA”结构的石墨，然后通过原子面的弯曲才能转变成立方金刚石。该论文在前期多年研究工作的基础上，通过系统的分子动力学模拟计算提出了一个崭新的转变机制：“wave-like buckling and slipping mechanism”（波状弯曲滑移机制）（见插图的原子模型）。该研究表明：如果首先把石墨的层间距压缩到0.24nm左右，再沿[210]方向压缩就可得到单晶立方金刚石；如果石墨层的间距过大或过小，沿[210]方向压缩将会得到多晶立方金刚石或六角结构金刚石，且晶粒的大小决定于石墨层间距的大小。该研究工作为人工合成金刚石提供了一个全新的思路，可以按着人们的意愿控制人造多晶金刚石晶粒的大小，以及单晶金刚石的合成。如果该机制所需的条件能够实现，昂贵的钻石也许会像现在的玻璃球一样价格低廉。原子模型 Scientific Reports是Nature出版集团（NPG）于2011年新创刊的发表原创性研究成果的综合性期刊，涉及研究领域覆盖了自然科学各个学科。在2013年度期刊引用报告（JCR）多学科类科学期刊排名第五(第一和第三分别为Nature及Nature communications)。在Altmetric 2013年最受关注的百篇论文中，该刊共有5篇论文跻身这一排行榜,其中一篇排名第一（Nature有8篇论文跻身这一排行榜）。在Nature中文版（NPG Nature Asia-Pacific）首页“来自中国的最新研究”的专栏中，Scientific Reports与2010年创刊的Nature communications，以及Nature和Nature其它子刊一起并列为中国研究人员在Nature系列期刊上发表研究成果的重要统计源期刊。 论文的第一作者谢红献博士从师于我国著名金属缺陷电子结构与材料设计专家、中科院院士王崇愚教授,并于2010年在日本国立物质材料研究机构(NIMS)殷福星教授研究室作访问学者；从攻读博士学位开始一直从事材料微观结构及力学性能的分子动力学理论模拟计算工作。近三年来以第一作者在Applied Physics Letters 和Materials Science & Engineering A等国际著名SCI杂志发表十余篇论文。2013年谢红献博士和殷福星教授合著发表在中国物理杂志上的一篇题目为《Effect of grain boundary sliding on the toughness of ultrafine grain structure steel: A molecular dynamics simulation study》的论文被英国物理学会出版社（IOPP）的“2013年CPB Annual Report”评为CPB文章在IOPP网站2013年下载量最大的论文之一(被下载383次,排名第四)。 谢红献博士的联系方式:hongxianxie@163.com, 欢迎对该研究有兴趣的老师同学随时探讨交流。