科學家成功合成高品質黑金剛石

金剛石并非只有晶瑩剔透的白色形態。其色澤的多樣性來源于晶體結構內部的微量元素或包裹體的差異。今天要提到的是黑金剛石（Carbonado），俗稱“黑鉆石”，它不僅色澤深邃高貴，其形成之謎更橫跨地球科學與天體物理學兩大領域。近日，中國科學家的一項重磅成果，為解開這一謎題帶來了曙光。

與常見的單晶透明鉆石不同，黑金剛石是一種多晶金剛石聚合體。它由無數微小的金剛石晶粒“鑲嵌”而成，內部通常包裹著石墨、無定形碳或其他礦物雜質。正是這些復雜的內部結構，賦予了它黝黑不透明、卻帶有金屬般強光澤的獨特外觀，同時也使其具備了極高的硬度和韌性。天然黑金剛石極為稀有，目前，天然黑金剛石僅發現于巴西與中非共和國的沖積礦床中，成因至今仍是科學謎團。科學家們提出了多種假說，包括地球深部高壓形成、宇宙隕石墜落或遠古小行星撞擊地球遺留等。由于其極為稀有，天然黑金剛石在寶石與收藏領域價值顯著。

黑金剛石的起源是科學界長期爭論的前沿課題。主流假說認為，它可能形成于地球地幔深處極端的高壓高溫環境；另一種猜想是，它或許源于遠古時期小行星撞擊地球時產生的瞬間超高壓高溫；甚至還有假說認為它可能來自富碳的星際空間，隨隕石降臨地球。這個未解的謎團，為這種黑色金剛石蒙上了一層宇宙級別的神秘面紗。

當前市售“黑鉆”絕大部分是經過人工輻照處理的無色鉆石。這種處理僅改變了鉆石表層的顏色，其內部仍是單晶結構，與天然黑金剛石的多晶聚合結構和物理性能有著本質區別。可以說，在此之前，實驗室并未真正復制出這種類天然結構黑金剛石。

近日，這一*被中國科學家團隊所填補。燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室田永君院士團隊的趙智勝教授等人基于固-固相變新原理，成功實現了高品質黑金剛石的人工合成。他們所合成的黑金剛石顏色均勻深邃，質地致密，其性能尤為*：硬度可在40-150GPa的寬廣范圍內調控，*高硬度的樣品可以輕松刻劃天然鉆石；其韌性更是達到普通鉆石的2至4倍。相比之下，天然黑金剛石內部往往存在成分不均、孔隙等缺陷。

這項突破性研究，在科學上，合成實驗本身為驗證黑金剛石的多種起源假說提供了關鍵的實驗證據和全新視角，在技術上，這種硬度與韌性可協同調控的超硬材料將帶來長遠技術啟發，有望用于制造超高耐磨損的高端切削刀具、超精密加工儀器、深海鉆探鉆頭以及*防護裝甲。當然也可能為珠寶市場提供來源可靠、品質均勻的真正“黑鉆石”。

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