石墨到纳米多晶金刚石相变的分子动力学模拟研究

编号：CYYJ03708

篇名：石墨到纳米多晶金刚石相变的分子动力学模拟研究

作者：陈顾文 徐亮 朱升财

关键词： 纳米多晶 金刚石 石墨 相变 分子动力学 高温高压

机构： 中山大学材料学院 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室

摘要： 以往研究发现,纳米多晶金刚石的硬度可超越单晶金刚石,因此利用石墨制备纳米多晶金刚石获得了广泛研究。然而,由石墨碳源制备的金刚石同时具有均匀精细结构和层状结构,其形成机理尚未获得很好的理解。为此,针对不同层间距的石墨,进行了一系列分子动力学模拟。研究发现,不同受压情况下石墨存在不同的相变行为,即在马氏体转变下获得片层状金刚石,而在扩散型相变下获得无特定取向的精细纳米金刚石。在静水压条件下,或者[002]方向上的压力大于横向压力且石墨层滑移不受限时,石墨将转化为层状结构立方金刚石;当[002]方向上的压力大于横向压力,但石墨层横向滑移受阻时,石墨转化为多晶六方和立方金刚石混合物;当最大压力方向在[210]或[010]方向时,石墨转化为无特定取向的均匀多晶金刚石。通过原子运动的微观尺度分析,揭示了由石墨制备的纳米多晶金刚石同时具有均匀精细结构和层状结构的机理,有望为大规模合成超硬纳米多晶金刚石提供理论支持。