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)熟知的立方金剛石(shi)到底(di)有什么不同，本文將(jiang)從結構、性(xing)質(zhi)、形成機(ji)制和應(ying)用領(ling)域(yu)等方面，揭開這對“碳(tan)兄(xiong)弟”的神秘面紗(sha)。

       晶體結構：原子堆疊的幾何密碼

 ;      1.立方(fang)金(jin)剛石（Diamond）

       立方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)屬于立方(fang)晶(jing)系，晶(jing)格(ge)常數(shu)在(zai)(zai)常溫(wen)常壓(ya)下(xia)為(wei)0.356~0.357nm，這一常數(shu)在(zai)(zai)常壓(ya)和(he)室溫(wen)下(xia)保持穩定。晶(jing)體結構可以視為(wei)由許(xu)多重復的(de)(de)立方(fang)晶(jing)胞(bao)組(zu)成，每個晶(jing)胞(bao)都呈現出面心立方(fang)的(de)(de)原(yuan)(yuan)子分布(bu)。在(zai)(zai)晶(jing)胞(bao)內部(bu)，四(si)個原(yuan)(yuan)子分別與一個頂(ding)角的(de)(de)原(yuan)(yuan)子和(he)三(san)個相(xiang)(xiang)鄰(lin)面心的(de)(de)原(yuan)(yuan)子保持等距，通過共價(jia)鍵(jian)相(xiang)(xiang)連(lian)結，從而(er)形(xing)成了正(zheng)四(si)面體的(de)(de)結構特點，鍵(jian)角為(wei)109°28‘，形(xing)成三(san)維網狀(zhuang)共價(jia)鍵(jian)。這種高度對稱的(de)(de)排列方(fang)式賦予了立方(fang)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)極佳的(de)(de)穩定性。

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

       六方金剛石屬(shu)于(yu)(yu)六方晶(jing)系，晶(jing)格常數a=b=0.252nm，c軸長(chang)度為0.412nm。其(qi)結(jie)構(gou)(gou)類似(si)(si)于(yu)(yu)纖鋅(xin)礦（如氮化硼）。碳(tan)原子以六方密堆積方式(shi)排(pai)列，層(ceng)與層(ceng)之間(jian)交替錯位，形成類似(si)(si)蜂窩狀(zhuang)(zhuang)的二(er)維層(ceng)狀(zhuang)(zhuang)結(jie)構(gou)(gou)，再通過共價鍵垂直連接。這種排(pai)列方式(shi)導致(zhi)其(qi)對稱性低于(yu)(yu)立方結(jie)構(gou)(gou)。

       物理與化學性質：細微差異決定性能分別

       1、硬度：

       立方金剛(gang)石(shi)是自(zi)然界(jie)中(zhong)最硬(ying)的物質，在莫氏硬(ying)度標準中(zhong)獨占鰲頭。

       六方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)雖然(ran)結構穩定性比(bi)(bi)立(li)方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)差，但其(qi)硬度卻更高。理論(lun)預(yu)測(ce)和實驗(yan)研究(jiu)均表明，六方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)單(dan)軸抗壓(ya)(ya)強度、單(dan)軸抗拉(la)強度和壓(ya)(ya)痕強度均顯著(zhu)優于立(li)方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)。例(li)如(ru)，六方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)最大(da)抗壓(ya)(ya)強度比(bi)(bi)立(li)方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)高出33.4%，而壓(ya)(ya)痕強度更是(shi)達到152 GPa，較立(li)方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)提(ti)升了(le)58%。中國科學家成(cheng)功合成(cheng)的(de)高質量(liang)六方(fang)(fang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)塊材(cai)，其(qi)維氏(shi)硬度高達155±9 GPa，超過(guo)天然(ran)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)40%以上。

       2、熱穩定性：

       立方金剛石在常溫常壓下處于亞穩(wen)態，達到一定的(de)誘(you)導條件（如高溫）會(hui)轉變成(cheng)穩(wen)態的(de)石墨(mo)。

       六方金(jin)剛(gang)石在(zai)真(zhen)空環境下的熱(re)穩定性可達(da)1100℃，優于(yu)納米金(jin)剛(gang)石的900℃。

       3、光學性(xing)質：

       立方金剛石(shi)具有高折射率和強(qiang)色散性能，賦(fu)予(yu)了其獨特的五(wu)彩繽紛(fen)閃光效果。

       六方金剛石(shi)具有軸正光性和(he)雙(shuang)折射性，折射率范圍為(wei)2.11~2.12。

       形成條件：天外來客vs 實驗室奇跡

       1、立方金剛石： 

       自然界中形成(cheng)于地球深部（地幔約150公(gong)里以下），需高(gao)溫（900–1400℃）高(gao)壓（4.5–6 GPa）環境(jing)。也(ye)可通過高(gao)溫高(gao)壓和化(hua)學氣相(xiang)沉積（CVD）法人工(gong)合成(cheng)。

       2、六方金(jin)剛石： 

       首次于1967年在隕(yun)(yun)石中(zhong)(zhong)被發現，故名“隕(yun)(yun)石鉆石”。它是石墨在隕(yun)(yun)石撞擊地球形成(cheng)的(de)(de)高溫高壓條件下轉(zhuan)變而成(cheng)的(de)(de)，但(dan)只有納米大小，且與隕(yun)(yun)石共生。某些隕(yun)(yun)石中(zhong)(zhong)的(de)(de)六方(fang)金剛石含量高達90%，被認為(wei)是太陽(yang)系早期星云中(zhong)(zhong)極端(duan)事件的(de)(de)“化石記錄”。

       2025年(nian)2月，中國(guo)科學家成功合成高質量六方金剛石塊(kuai)材，不僅終結了(le)半(ban)個多世紀以來六方鉆(zhan)石能否獨立存在的爭議，還將(jiang)其尺(chi)寸由納米級提升到(dao)毫米級。這一突破性成果為純相六方金剛石的人工合成提供了(le)有效(xiao)途徑。

       應用前景：從超硬刀具到量子技術

       1.立(li)方金剛石(shi)： 

        工(gong)業領域(yu)：切割工(gong)具、鉆頭涂層(ceng) 

        電子器(qi)件：高(gao)熱(re)導率(lv)散熱(re)片、高(gao)壓半(ban)導體 

       光(guang)(guang)學應用：紅外(wai)窗口、激光(guang)(guang)元件 

       量(liang)子技術：氮-空位色心用(yong)于(yu)量(liang)子傳感 

       2.六方金剛石（潛在突破(po)領(ling)域）： 

       更耐(nai)磨的涂(tu)層材料 

       各(ge)向異性導電材料（如微型電極） ;

       高(gao)壓科學研究的(de)標(biao)定(ding)材料(liao)   

       科學意義：改寫碳材料家族圖譜

       六方金剛(gang)石(shi)的(de)存在(zai)(zai)挑戰(zhan)了傳(chuan)統(tong)認(ren)知——碳(tan)的(de)穩定(ding)結(jie)構并(bing)非只(zhi)有石(shi)墨和(he)立方金剛(gang)石(shi)。科學家在(zai)(zai)實(shi)驗室合成純相六方金剛(gang)石(shi)塊體(ti)，證(zheng)實(shi)其(qi)可(ke)在(zai)(zai)特定(ding)條(tiao)件下(xia)穩定(ding)存在(zai)(zai)。這一成果不僅拓展(zhan)了碳(tan)相圖，還為設計(ji)新型超硬(ying)材料提(ti)供(gong)了思路。

       無論是歷經億萬年地質磨礪的立方金剛石，還是誕生于隕石撞擊瞬間的六(liu)方金剛石，它們都詮釋(shi)了碳元素的非凡可塑性。隨著合成(cheng)技術的進步，這對“碳兄弟”或將在未來科技中攜手開辟新紀(ji)元。