金刚石合成新技术研究取得进展

坚硬的材料，具有出色的光、电、热、机械和电子特性。美国路易斯安那理工大学Kasra Momeni研究团队研究了一种新的合成技术，从多层石墨烯合成氨纶和金刚石薄膜，合成时压力远远低于石墨/金刚石转变压力。这里使用了分子动力学技术，其研究结果表明，结合使用剪切和轴向压缩时，多层石墨烯/金刚石转变压力显著减小（减少了两倍）。多层石墨烯的剪切形变降低了相变能垒，扮演了热扰动作用，其本身促进了金刚石的形成。该研究还发现转换应变和应力对温度的依赖性相对较弱。块状石墨的应力-应变曲线在一定温度下呈指数下降。

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Figure1. 在压缩和剪切共同作用下形成金刚石。（a）实验装置示意图；（b）石墨和HD混合相压缩后的SEM图；（c）纳米晶体CD的TEM图；（d）石墨与形成得金刚石的强度光谱比较；（e）立方金刚石纳米晶的HRTEM图和FFT分析；（f）正交金刚石晶体的HRTEM以及FFT（右上）和SAED（左下）图。

Figure2. 建模系统的结构和配置。（a）ABAB堆叠的多层石墨烯顶视图。（b）多层石墨烯结构的不同堆叠方式。

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Figure3. 对于8L石墨烯系统，在0K（a）和600K（b）下于不同压缩应变时，石墨的能量与剪切应变的函数关系；（c）和（d）表示了图（a）和（b）中选定点相对应的结构。

Figure4. 块状石墨模拟结果。（a）轴向压缩载荷的应力-应变曲线。在应力-应变曲线中可以检测到转变应变。（b）块状石墨在不同温度下的转变应力与剪切应力得函数关系。

Figure5. 对于多层石墨烯系统，在轴向压缩下，转变应力和应变随温度的变化情况。石墨烯/金刚石相变的（a）转变压力和（b）转变应变。

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该研究工作由美国路易斯安那理工大学Kasra Momeni研究团队于2020年发表在Carbon期刊上。

原文：Shear-induced diamondization of multilayer graphene structures: Acomputational study。

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