高纯新金刚石的制备、结构确定及其在高温高压下的结构相变研究

Studies on crystal structure and phase transformation of n-diamond have great significance for exploring a new synthetic path of diamond. Based on preparation of n-diamond from carbon black catalytic method and heavy liquid purification technology, a macro pure n-diamond will be prepared in this project, and the crystal structure of pure n-diamond will be determined by combing experimental structure characterization with theoretical calculations. By studying the phase transformation of pure n-diamond under different temperature and pressure conditions, as well as the crystal structure and transition conditions of new intermediate carbon phases, a temperature-pressure phase diagram of n-diamond will be obtained. The effect of temperature and pressure on n-diamond phase transformation will be studied, and the thermodynamics and kinetics of n-diamond phase transformation will be elucidated, microscopic mechanism from n-diamond to diamond will be revealed. These results will provide the basic theory for industrial applications of n-diamond and will explore a new way to synthesize diamond. In addition, the physical properties of n-diamond (e. g. thermal stability, electrical conductivity, thermal conductivity, hardness and modulus) will be experimentally studied by measuring bulk n-diamond. Through the study of the project, it is not only important for the study of crystal structure and nature of n-diamond, but also for exploring new synthetic paths for diamond and other new type carbon materials.

有关新金刚石晶体结构及其相结构转变的研究，对探索合成金刚石的新途径具有重要的意义。本项目拟以炭黑催化法为基础，利用重液提纯技术，制备并提纯出宏量的新金刚石，并结合实验结构表征和理论计算，确定新金刚石晶体结构。研究新金刚石在不同温度和压力条件下的相结构转变规律，以及高压实验截获的新型碳结构的转变条件及晶体结构，获得新金刚石的温度-压力相图，掌握温度和压力对新金刚石相结构转变的影响规律，阐明新金刚石相结构转变的热力学和动力学条件，揭示新金刚石转变为立方金刚石的微观机理，为新金刚石工业应用及探索合成金刚石的新途径提供基础理论支持。此外，通过研究新金刚石块体材料的实验测量，获得新金刚石的热稳定性、导电性、导热性、硬度和模量等物理性质。通过本项目的研究，不仅对新金刚石晶体结构和性质有重要意义，而且对探索合成金刚石的新途径和获得其它新型炭材料方面更具有重要的理论意义。

有关新金刚石晶体结构及其相结构转变的研究，对探索合成金刚石的新途径具有重要的意义。本项目以炭黑催化法为基础，并结合实验结构表征和理论计算，对新金刚石的提纯、结构和合成机理进行了研究，具体的主要研究内容包括：1）工艺条件对新金刚石制备的影响研究；2）新金刚石的提纯；3）新金刚石晶体结构；4）晶界、孪晶界和异质界面对材料热传导性质的影响研究；5）金刚石力学性质的位错理论研究；6）新型高压中间相bct-C16的研究；7）富勒烯碳的温度-压力下结构和性能的研究；8）基于“团簇+连接原子”结构模型的材料电子性质研究。通过本项目的研究，主要取得的研究成果包括：1）掌握了工艺条件对新金刚石制备的影响规律；2）获得了一套高效提纯新金刚石的工艺；3）提出了一个比较可靠的新金刚石的晶体结构模型；4）基本掌握了晶界、孪晶界和异质界面对半导体材料热传导性质的影响规律；5）从位错理论的角度，对金刚石的力学性质进行了新的认识；6）通过对新型高压中间相bct-C16的研究，不仅预测了新的三维拓扑点线半金属碳同素异形体的存在，还提供了爆轰烟灰中未知碳相的一种可能的晶体结构解释；7）通过对富勒烯碳的温度-压力下结构和性能的研究，获得了富勒烯碳具有较高的弹性压缩率的认识；8）基于“团簇+连接原子”结构模型和自由电子近似模型，推导出了材料电化学势（ECP）与其原子团簇半径平方之间呈反比的关系。通过本项目的研究，不仅对新金刚石晶体结构和性质有重要意义，而且对探索合成金刚石的新途径和获得其它新型炭材料方面更具有重要的理论意义。通过本项目的研究，发表学术论文20 篇左右，申报1 项国家发明专利，出版学术专著1章。培养已毕业博士研究生2名，已毕业硕士研究生3名，在读博士研究生3名，在读硕士研究生9名。