全球首次！中国科学家合成出“蓝丝黛尔石”

钻石和“蓝丝黛尔石”（Longsdaleite）其实都是碳的同素异形体，它们都是由碳元素构成的，两者的区别主要是它们微观层面上原子的堆砌方式。

其中钻石属于是立方晶系结构，其中的碳原子以四面体的方式键合，由于其键长是相等的，因此它们会在三维空间形成非常规则的立方堆叠，所以晶格呈现高度对称的立方排列。

而由于“蓝丝黛尔石”的键长略有差异（有些键比普通钻石短，有些则稍长一点），因此它们在堆叠时就会沿六方方向层层排列。这种结构被称为“六方晶系”，因此“蓝丝黛尔石”也被称为“六方金刚石”。

从侧面观察，普通钻石是由三层碳原子平面重复堆叠而成，即第一层是A，第二层是B，第三层是C，然后再回到A，如此往复。而“蓝丝黛尔石”则是一种更为简洁的“两层循环”，第三层直接重复第一层的位置，形成A-B-A-B...的堆叠模式。

“蓝丝黛尔石”这样的构造，就使得其层间相互作用比普通钻石更强，进而具备更高的硬度，从理论上来讲，其硬度可以比普通钻石硬58%。

“蓝丝黛尔石”最初发现于陨石之中，但陨石中“蓝丝黛尔石”的尺寸小到以纳米计，而且总是和石墨、普通钻石等其他碳物质混杂在一起，根本无法分离出纯净的颗粒进行研究，因此科学家一直在致力于通过人工合成“蓝丝黛尔石”。

在过去的日子里，科学家采用了多种方法（例如爆炸合成、化学气相沉积等），但始终只能得到极为微量且不纯净的产物，所以相关的研究迟迟没有进展。

现在，一个好消息传来：来自中国科学院西安光学精密机械研究所和北京高压科学研究中心的科学家团队，成功合成出一批尺寸从百微米级到毫米级的“蓝丝黛尔石”。

（↑此次研究已发表在《自然》杂志上）

根据介绍，在此次研究中，科学家开发了一种使用金刚石压砧（一种将样品挤压在两个金刚石制成的平坦表面之间的设备）的高压高温合成方法。

具体来讲，科学家采用了高纯石墨作为原材料，然后对其持续施加一种准静压力，让压力像深海里的水一样，从四面八方均匀地、温柔地包裹住样品。

随着压力的增强，当压力达到20万倍大气压的临界点时，科学家利用定向激光加热让石墨中的碳原子向新的位置迁徙，在此过程中，石墨中碳原子的化学键被打断，然后重组。

由于原材料的原子结构非常规整，施加的压力又极其均匀，在精准的操控之下，这些碳原子就井然有序地、集体转变成了科学家想要的A-B-A-B六方结构。

随后科学家再小心翼翼地让温度和压力一点一点地降低，这样做的好处是，可以在最大程度上保证这些新生成的晶体不会变形。

就这样，一批尺寸从百微米级到毫米级的“蓝丝黛尔石”就诞生了，它们是全球首次通过人工合成出能在常温常压下稳定存在，并且尺寸可观的纯净“蓝丝黛尔石”。

在高分辨率透射电子显微镜下，科学家清晰地看到那种标志性的A-B-A-B层状堆叠结构，而通过X射线衍射分析，他们也捕捉到了六方晶体结构独有的“指纹”图谱。

不过由于样品尺寸的限制，目前只是测量出它们的硬度至少不低于顶级的普通钻石，暂时还无法精确验证它们是否真的比普通钻石硬58%。

科学家乐观地认为，通过进一步优化提纯工艺和制备条件，我们完全能在未来的10年之内造出尺寸更大、结构更完美的“蓝丝黛尔石”，从而为相关的科研和应用领域打开一扇新的大门。