旧事新说：石墨到金刚石转变再探
材料科学
2025-06-06 v1
摘要
石墨与金刚石是碳的两种著名同素异形体，因原子连接方式不同而具有迥异的物理性质。石墨具层状结构，其中蜂窝状碳片易滑移，而金刚石中原子在三维方向上强键合。石墨到金刚石的转变一直是物理科学的中心课题。将石墨转变为金刚石的一种方式是施加高温高压（HPHT）条件。然而，该转变的原子尺度机制仍存争议。通过一系列大规模分子动力学（MD）模拟，我们报道了一种机制：金刚石晶核起源于石墨晶界，并沿两个优先方向扩展。除被广泛接受的 [001] 方向外，我们发现沿石墨 [120] 方向的生长甚至更快。在此情形下，立方金刚石（CD）为动力学有利产物，而六方金刚石（HD）作为少量孪晶结构出现在两个主要方向。遵循晶体学取向关系，相干界面 t-(100)gr//(11-1)cd + [010]gr//[1-10]cd 也经高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）实验证实。所提相变机制不仅调和了关于 HD 在石墨-金刚石转变中作用的长期争议，也为通过受控固相转变进行微结构工程提供了原子尺度见解。
引用
@article{arxiv.2003.06110,
title = {Old Story New Tell: The Graphite to Diamond Transition Revisited},
author = {Sheng-cai Zhu and Xiao-zhi Yan and Jin Liu and Artem R. Oganov and Qiang Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.06110},
year = {2025}
}
备注
35 pages, 5 figures