上海高壓科研中心曾橋石&毛河光院士，最新Nature！

【導讀】

壓力生成和原位表征技術的發展為物理和材料探索開辟了廣闊的新前沿，但基于揮發性的材料及其新特性只能在壓力下才能維持。雖然已開發了一些實驗探針，通過厚壁的壓力容器原位研究高壓樣品，但現代材料研究中一些最強大和通用的探針需要一個接近真空的環境，仍然與高壓科學和技術不相容。此外，這些高壓容器只用于淬火和保留高壓材料，而不是“壓力”本身。金剛石包裹體（Diamond inclusions）是已知的高壓（數千兆帕或更高）揮發性物質的自然例子，但包裹體通常深埋在金剛石的深處，真空技術無法達到。實驗研究發現，即使在理想的實驗條件下，將目標材料密封在碳納米管內并通過去除碳原子來施加壓力在技術上也具有挑戰性，并且對于氣體或液體樣品不可行。此外，這樣的操作一次只在一個納米管上進行，對于需要合成大量材料的應用而言不切實際。

【成果掠影】

在2022年8月17日，上海高壓科學與技術先進研究中心曾橋石研究員和毛河光（Ho-kwang Mao）院士、美國斯坦福大學Wendy L. Mao（通訊作者）等人報道了一種將揮發物加壓到1-型玻璃碳前體的納米孔中，通過加熱將玻璃碳（glassy carbon, GC）轉化為納米晶體金剛石，并合成能夠在高壓下永久保存揮發物的具有獨立納米結構的金剛石膠囊（nanostructured diamond capsules, NDCs），即使釋放到環境條件下包括電子顯微鏡的各種真空診斷探針。作為演示，作者對保存在NDCs中的高壓氬氣樣品進行了全面研究。同步加速器X射線衍射和高分辨率透射電子顯微鏡顯示，納米級氬晶體嵌入納米晶體金剛石中，約為22.0 GPa；能量色散X射線光譜提供定量成分分析，電子能量損失光譜詳細描述了高壓氬氣的化學鍵性質。此外，通過控制NDC合成壓力來調整NDCs內氬氣樣品的保存壓力。為了測試NDC工藝的普遍適用性，作者證明了高壓氖也可以被捕獲在NDCs中，并且2-型?玻璃碳可以用作前體容器材料。對其他揮發物和碳同素異形體的進一步實驗，為高壓探索帶來了與主流凝聚態研究和應用相提并論的可能性。研究成果以題為“Preservation of high-pressure volatiles in nanostructured diamond capsules”發布在國際著名期刊Nature上。

【數據概覽】

圖一、NDC合成過程示意圖?2022 Springer Nature Limited

圖二、壓力下將氬氣擴散到GC?2022 Springer Nature Limited

圖三、NDC樣品的同步加速器XRD和壓力調節?2022 Springer Nature Limited

圖四、基于TEM的技術表征NDC中的高壓結晶氬氣晶粒?2022 Springer Nature Limited

【成果啟示】

總之，NDCs提供了一種獨特的方法來獲得高壓材料和特性，這些材料和特性可通過保持高壓條件用于環境應用。此外，NDCs樣品原則上是累積性的，具有無限多種合成的潛力，從而消除了高壓現象僅存在于大型壓力容器內的微小樣品中的限制。因此，本研究表明了高壓材料應用對先前不可淬滅相的巨大挑戰的第一步，也是關鍵的一步。

文獻鏈接：Preservation of high-pressure volatiles in nanostructured diamond capsules. Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04955-z.

本文由CQR編譯。

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