“钻石恒久远，一颗永流传”

每每提到最坚硬的物质，人们第一个想到的总是代表美好爱情的钻石。

图源：视觉中国

闪闪发光的钻石是天然存在的最硬的物质，但你知道吗？钻石硬度虽大，但是它的脆性同样大，虽然外表坚强华丽却有着一颗“玻璃心”，叫人又爱又怜。

怎么解决这个问题呢？北航和燕大合作给出答案！这项成果发表在最新一期

一起来看——

《Nature》杂志刊封面

6月18日，Nature杂志在线全文发表了北京航空航天大学化学学院郭林教授、岳永海教授团队与燕山大学田永君院士团队在纳米孪晶复合金刚石增韧机制方面的最新研究成果：“Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness”。岳永海教授，高宇飞博士、胡文涛教授、徐波教授为文章共同第一作者，周向锋教授、郭林教授、田永君院士为共同通讯作者。

作为自然界中最

鉴于此，我校化学学院郭林教授、岳永海教授团队与燕山大学田永君院士团队通力合作，在充分理解非3C金刚石多型结构基础上采用原位力学实验方法从微纳尺度乃至原子尺度系统研究了具有多级结构的纳米孪晶复合金刚石的增韧机制，提出了金刚石增韧的新思路，解决了金刚石材料无法兼具超硬、超韧的科学难题。

图1. 15 GPa, 2000 °C条件下合成的纳米孪晶复合金刚石中非3C多型结构的HAADF-STEM像

研究者利用搭建的扫描电镜原位力学测试设备，采用原位单边切口梁弯曲实验方法系统研究了纳米孪晶金刚石的断裂行为，测得的断裂韧性高达26.6 MPa m1/2，是合成金刚石材料断裂韧性的5倍以上（见图2）。为了进一步揭示材料高断裂韧性的起源，研究者利用透射电镜下的原位力学实验研究了纳米孪晶复合金刚石材料裂纹的扩展机制。实验发现在高密度孪晶区，裂纹沿着{111}面扩展并在孪晶界处迅速改变方向，形成“之”字形路径；当裂纹遇到非立方相多型结构时，{111}面不再连续，裂纹扩展路径变得弯曲和起伏；当裂纹穿过非3C相金刚石多型结构后，非3C相金刚石会发生向3C相金刚石的转变（图3）；上述几个方面协同作用极大地耗散了能量，使材料的断裂韧性显著提高。

图2. 纳米孪晶复合金刚石及纯孪晶相金刚石材料的原位弯曲变形过程及与其他工程材料硬度和断裂韧性的比较

图3. TEM中纳米孪晶复合金刚石结构的弯曲变形实验及增韧机制

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、优秀青年基金、北航生物医学工程高精尖中心、北航青年拔尖人才计划等项目的支持。

接下来和小萱一起认识一下论文作者中两位优秀的北航老师吧！

化学学院

教授、博士生导师

2012年毕业于北京工业大学，获得博士学位。2014-2015年美国亚利桑那州立大学访问学者。2019年入选国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”，北京航空航天大学第二批青年拔尖人才支持计划获得者。研究方向专注于结构材料强韧化机制的原位机理研究及新型轻质高强复合材料的设计及性能表征。近年来，发展多种原位实验方法并申请专利37项（授权34项，其中国际专利4项）；构建多尺度材料力学性能表征实验平台，关注性能与结构间的构效关系，对口国家亟需的新型结构材料。在国内外材料领域重要期刊（Nature, Nat. Commun, J. Am. Chem. Soc., Matter, Adv. Mater., Nano Letter等）上发表SCI论文30余篇，影响因子>10.0的论文17篇。2013年获得北京市优秀博士学位论文奖，2016年获得北京市科学技术一等奖（6）。近5年来承担国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目等4项。