在材料科学领域，一种全新的共价金刚石-石墨材料引起了科学界的广泛关注。这种材料不仅结合了金刚石和石墨的卓越性能，如超硬、极韧和导电性，还在超硬材料和电子器件领域展现出巨大的研究和发展潜力。近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的研究团队在离子体化学气相沉积（CVD）技术上取得突破，成功制备出这一新材料，并对其生长机理和电子性质进行了深入研究。

       金刚石和石墨作为碳的同素异形体，一直以其独特的物理和化学性质受到科学界的青睐。然而，由于金刚石-石墨共价界面能高，传统的制备方法主要依赖于高温高压条件。这种限制不仅增加了制备难度，也限制了材料性能的优化。

       黄楠研究员领导的团队，在等离子体CVD技术的基础上，通过精心设计的限域陶瓷样品台，成功将等离子体电子密度提升至原来的2.7倍，为活化碳原子并促进其与金刚石以石墨形式共价连接提供了充足的能量。透射电子显微镜观察结果显示，金刚石和石墨的特定晶面以特定的对应关系实现了共价连接，这一界面结构与传统高温高压方法制备的共价金刚石-石墨界面存在显著差异。

      进一步的电子能量损失谱分析表明，界面处石墨的电子密度增加，显示出sp2/sp3碳混合杂化特征，这意味着金刚石和石墨在共价键界面上形成了强相互作用。通过第一性原理计算，研究团队揭示了这种强相互作用界面如何影响电子的转移和分布，进而改变了界面碳的电子性质，导致石墨在Fermi能级附近的态密度异常增加，并在金刚石的导带底引入局域能级。

        这一研究不仅揭示了共价金刚石-石墨材料的生长机理，还展示了如何通过精确控制制备过程来调制材料的电子性质。研究成果以《Covalently-bonded diaphite nanoplatelet with engineered electronic properties of diamond》为题，发表于国际知名学术期刊《先进功能材料》上，并获得了国家自然科学基金等机构的资助。

图1：共价键合二聚体的制备路线和微观结构表征。

图 2：CVD 中共价键合二甲酸酯的生长机制。

图 3：对共价键合二甲酸酯的电子性质的 CL 研究。

图 4：对共价键合二甲酸酯的电子特性的 EELS 研究和 DFT 计算。

       业内专家表示，这一突破性的研究不仅为金刚石电子器件的开发提供了新的思路，也为未来材料科学的发展开辟了新的方向。随着研究的深入，这种新型共价金刚石-石墨材料有望在超硬材料、电子器件、能源存储等多个领域展现出广泛的应用前景。

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