最近，中國科學家成功合成高質量六方金剛石塊材，不僅終結了半個多世紀以來，六方鉆石能否獨立存在的爭議，還將其尺寸由納米級提升到毫米級。這一成果甚至帶動相關股市板塊一度暴漲。那么“六方金剛石”與我們(men)熟知的立(li)方金剛石到底有什么不同，本(ben)文將從結(jie)構、性質、形(xing)成機制和應用領域等方面，揭開這對(dui)“碳兄(xiong)弟”的神秘面紗。

       晶體結構：原子堆疊的幾何密碼

       1.立方金(jin)剛(gang)石（Diamond）

       立方(fang)金剛石(shi)(shi)屬于立方(fang)晶(jing)系，晶(jing)格(ge)常數在(zai)(zai)(zai)常溫常壓(ya)下為(wei)0.356~0.357nm，這一常數在(zai)(zai)(zai)常壓(ya)和室溫下保持(chi)穩定。晶(jing)體結構可以視為(wei)由許多重(zhong)復(fu)的(de)立方(fang)晶(jing)胞組成(cheng)，每個晶(jing)胞都(dou)呈(cheng)現出面(mian)心(xin)立方(fang)的(de)原(yuan)子分(fen)布。在(zai)(zai)(zai)晶(jing)胞內部(bu)，四個原(yuan)子分(fen)別與一個頂角(jiao)的(de)原(yuan)子和三(san)個相(xiang)鄰面(mian)心(xin)的(de)原(yuan)子保持(chi)等距，通過(guo)共價鍵(jian)相(xiang)連結，從而形(xing)成(cheng)了正四面(mian)體的(de)結構特點，鍵(jian)角(jiao)為(wei)109°28‘，形(xing)成(cheng)三(san)維網狀(zhuang)共價鍵(jian)。這種高度對稱的(de)排列方(fang)式賦予了立方(fang)金剛石(shi)(shi)極佳(jia)的(de)穩定性。

       2.六(liu)方金剛石（Lonsdaleite，又(you)稱藍絲黛爾石）

       六(liu)方(fang)(fang)金剛(gang)石屬于六(liu)方(fang)(fang)晶系，晶格(ge)常數a=b=0.252nm，c軸長度為0.412nm。其結(jie)構類似于纖鋅礦(kuang)（如(ru)氮化硼）。碳(tan)原(yuan)子以六(liu)方(fang)(fang)密(mi)堆積方(fang)(fang)式(shi)排(pai)列，層(ceng)與(yu)層(ceng)之(zhi)間交替錯位，形成類似蜂窩狀(zhuang)的二維層(ceng)狀(zhuang)結(jie)構，再(zai)通過(guo)共價鍵垂直連接。這種排(pai)列方(fang)(fang)式(shi)導(dao)致(zhi)其對稱性低(di)于立(li)方(fang)(fang)結(jie)構。

       物理與化學性質：細微差異決定性能分別

       1、硬度：

       立方金剛石是自然界中最硬的物質，在莫氏硬度(du)標準(zhun)中獨(du)占鰲(ao)頭。

       六(liu)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)雖然結構穩定性比立(li)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)差，但(dan)其硬度(du)卻更(geng)高(gao)。理論預測和(he)實驗研(yan)究均表明，六(liu)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)單軸(zhou)(zhou)抗壓(ya)強(qiang)度(du)、單軸(zhou)(zhou)抗拉強(qiang)度(du)和(he)壓(ya)痕強(qiang)度(du)均顯(xian)著優于(yu)立(li)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)。例如，六(liu)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)最大抗壓(ya)強(qiang)度(du)比立(li)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)高(gao)出33.4%，而(er)壓(ya)痕強(qiang)度(du)更(geng)是達(da)到152 GPa，較立(li)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)提升了58%。中國科學(xue)家成功合成的(de)高(gao)質量六(liu)方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)塊材，其維氏硬度(du)高(gao)達(da)155±9 GPa，超過天然金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)40%以上。

       2、熱穩定性：

       立方金剛石在常溫(wen)常壓下處于亞穩態，達到一定的誘導條件（如高溫(wen)）會(hui)轉(zhuan)變成(cheng)穩態的石墨(mo)。

       六方金(jin)剛(gang)石在真(zhen)空環(huan)境下的熱穩定性可達(da)1100℃，優于納米金(jin)剛(gang)石的900℃。

       3、光(guang)學(xue)性(xing)質：

       立(li)方金剛石具有高折(zhe)射率和強色散性能(neng)，賦予了(le)其獨特的五(wu)彩(cai)繽紛(fen)閃(shan)光效果。

       六方(fang)金剛石具有軸正光性和雙折(zhe)射性，折(zhe)射率(lv)范圍為2.11~2.12。

       形成條件：天外來客vs 實驗室奇跡

       1、立方金剛石(shi)： 

       自(zi)然界中形成于地球深部（地幔約(yue)150公里以下(xia)），需高溫（900–1400℃）高壓（4.5–6 GPa）環境。也可通過高溫高壓和化學氣相沉積（CVD）法人工合成。

       2、六方金剛石： 

       首(shou)次于1967年在隕(yun)(yun)石(shi)(shi)中被發現，故名“隕(yun)(yun)石(shi)(shi)鉆石(shi)(shi)”。它是(shi)石(shi)(shi)墨在隕(yun)(yun)石(shi)(shi)撞擊(ji)地球(qiu)形成的(de)高(gao)溫高(gao)壓(ya)條件(jian)下轉變而成的(de)，但只有納米大(da)小(xiao)，且與隕(yun)(yun)石(shi)(shi)共(gong)生。某(mou)些(xie)隕(yun)(yun)石(shi)(shi)中的(de)六方金(jin)剛石(shi)(shi)含量(liang)高(gao)達90%，被認為(wei)是(shi)太陽系早(zao)期星云中極端事件(jian)的(de)“化石(shi)(shi)記(ji)錄(lu)”。

       2025年2月，中國科學家成(cheng)(cheng)(cheng)功合成(cheng)(cheng)(cheng)高質(zhi)量六方金剛石(shi)塊材，不僅終結了半個(ge)多(duo)世紀(ji)以來六方鉆石(shi)能(neng)否獨(du)立存在的爭議，還(huan)將其(qi)尺(chi)寸(cun)由納(na)米級提升到(dao)毫米級。這一突破性成(cheng)(cheng)(cheng)果為純相六方金剛石(shi)的人工(gong)合成(cheng)(cheng)(cheng)提供了有效途徑。

       應用前景：從超硬刀具到量子技術

       1.立方金(jin)剛石： 

    ;    工業領域：切(qie)割工具、鉆頭涂(tu)層 

        電子器(qi)件：高熱導(dao)率散熱片、高壓半導(dao)體 

       光(guang)學(xue)應用：紅外窗口、激(ji)光(guang)元件 

       量子技術(shu)：氮-空位色(se)心用于量子傳(chuan)感 

       2.六方金剛(gang)石（潛在突(tu)破領域）： 

       更耐(nai)磨的(de)涂層材料 

       各向(xiang)異性導電材料（如微(wei)型電極） 

       高壓科學研究的標定(ding)材料   

       科學意義：改寫碳材料家族圖譜

       六方(fang)金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)的存在挑戰了(le)傳統(tong)認知——碳的穩(wen)定結構并非只有石(shi)(shi)(shi)墨和立方(fang)金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)。科學家在實(shi)驗室合(he)成(cheng)純(chun)相六方(fang)金(jin)剛石(shi)(shi)(shi)塊(kuai)體，證實(shi)其可在特定條件(jian)下穩(wen)定存在。這(zhe)一(yi)成(cheng)果不僅拓(tuo)展(zhan)了(le)碳相圖，還為(wei)設計新型超硬(ying)材料(liao)提供(gong)了(le)思路。

       無論是歷經(jing)億萬年地質磨(mo)礪的立方金剛(gang)石(shi)，還是誕(dan)生于隕石(shi)撞(zhuang)擊瞬間的六(liu)方金剛(gang)石(shi)，它們都詮釋了碳元素(su)的非凡(fan)可塑性。隨著合成(cheng)技術的進步(bu)，這(zhe)對“碳兄弟”或將(jiang)在未來科技中攜手開(kai)辟新紀(ji)元。