科技日報記者 荊曉青

12月18日，記者從北京高壓科學研究中心了解到，該中心研究員李闊和研究員鄭海燕團隊聯合清華大學等機構的科研團隊，在金剛石納米線研究方面取得新突破，相關成果日前刊發在國際期刊《Chem》（化學）上。論文通訊作者李闊介紹，該研究通過高壓退火技術，以1-萘甲酸單晶為原料實現了百微米級金剛石納米線單晶材料的成功制備。該單晶材料展現出近零軸向壓縮率和極強的導熱各向異性，有望用于下一代高性能納米電子器件等領域。

金剛石納米線作為只有幾個碳原子粗細的一維金剛石類納米材料，既繼承了金剛石的“硬核實力（高強度、優異導熱性、絕緣性）”，又自帶聚合物的“柔性特質”，在納米機械系統、超高靈敏度傳感器、微電子散熱等領域具有巨大的應用價值。特別是其獨特的各向異性導熱能力，有望解決電子設備中“定向散熱”的難題，突破傳統散熱材料的性能瓶頸。

該中心博士研究生、論文作者曾慶超表示：“2015年，美國科學家首次在苯的高壓聚合產物中觀察到了金剛石納米線。然而，接下來的十年，該領域的研究始終未能突破制備高質量、大尺寸材料的核心瓶頸。得到的材料普遍存在結晶度差、晶粒尺寸小等問題，這不僅導致其無法進行性能測試，更限制了其在高端科技領域的應用?！?/p>

據了解，該中心科研團隊致力于研究高壓條件下不飽和分子的化學反應，其中之一就是高壓條件下合成金剛石納米線的研究。近年來，他們合成了多種具有原子尺度有序結構的超細金剛石納米線、石墨烷-烯納米帶材料。此次研究中，團隊創新性地采用“單晶到單晶”的拓撲化學聚合策略，通過精準調控反應條件，成功合成出了高質量的百微米級別的單晶金剛石納米線。

“我們利用1-萘甲酸分子特有的羧基-羧基氫鍵作用和21.6°的最優滑移角，有效實現了分子的高效預堆疊，結合20吉帕高壓與573K退火的協同作用，抑制了內部缺陷的產生，確保了聚合過程中晶體結構的完整性?！崩铋煴硎?，研究結果顯示，合成的金剛石納米線單晶具有類六方金剛石的結構，尺寸達140×100×20微米，這是目前報道的最大尺寸的金剛石納米線單晶，為宏觀性能測試提供了關鍵基礎。

值得關注的是，該研究建立了一套“分子預設計-高壓拓撲聚合-退火缺陷消除”的可控合成新方法。研究團隊通過固體核磁共振、X射線原子對分布函數等測量，揭示了碳原子的反應選擇性，闡明了狄爾斯-阿爾德連續反應主導的聚合機理，為設計合成具有特定結構的低維碳材料提供了理論指導。

此外，該工作實現了金剛石納米線單晶在常壓下的穩定保留，為金剛石納米線單晶的實際應用邁出了關鍵的第一步。隨著合成技術的進一步優化，金剛石納米線有望在通信、量子計算、新能源汽車等領域的熱管理系統中獲得廣泛應用。