上海高压科研中心曾桥石&毛河光院士，最新Nature！

【导读】

压力生成和原位表征技术的发展为物理和材料探索开辟了广阔的新前沿，但基于挥发性的材料及其新特性只能在压力下才能维持。虽然已开发了一些实验探针，通过厚壁的压力容器原位研究高压样品，但现代材料研究中一些最强大和通用的探针需要一个接近真空的环境，仍然与高压科学和技术不相容。此外，这些高压容器只用于淬火和保留高压材料，而不是“压力”本身。金刚石包裹体（Diamond inclusions）是已知的高压（数千兆帕或更高）挥发性物质的自然例子，但包裹体通常深埋在金刚石的深处，真空技术无法达到。实验研究发现，即使在理想的实验条件下，将目标材料密封在碳纳米管内并通过去除碳原子来施加压力在技术上也具有挑战性，并且对于气体或液体样品不可行。此外，这样的操作一次只在一个纳米管上进行，对于需要合成大量材料的应用而言不切实际。

【成果掠影】

在2022年8月17日，上海高压科学与技术先进研究中心曾桥石研究员和毛河光（Ho-kwang Mao）院士、美国斯坦福大学Wendy L. Mao（通讯作者）等人报道了一种将挥发物加压到1-型玻璃碳前体的纳米孔中，通过加热将玻璃碳（glassy carbon, GC）转化为纳米晶体金刚石，并合成能够在高压下永久保存挥发物的具有独立纳米结构的金刚石胶囊（nanostructured diamond capsules, NDCs），即使释放到环境条件下包括电子显微镜的各种真空诊断探针。作为演示，作者对保存在NDCs中的高压氩气样品进行了全面研究。同步加速器X射线衍射和高分辨率透射电子显微镜显示，纳米级氩晶体嵌入纳米晶体金刚石中，约为22.0 GPa；能量色散X射线光谱提供定量成分分析，电子能量损失光谱详细描述了高压氩气的化学键性质。此外，通过控制NDC合成压力来调整NDCs内氩气样品的保存压力。为了测试NDC工艺的普遍适用性，作者证明了高压氖也可以被捕获在NDCs中，并且2-型 玻璃碳可以用作前体容器材料。对其他挥发物和碳同素异形体的进一步实验，为高压探索带来了与主流凝聚态研究和应用相提并论的可能性。研究成果以题为“Preservation of high-pressure volatiles in nanostructured diamond capsules”发布在国际著名期刊Nature上。

【数据概览】

图一、NDC合成过程示意图©2022 Springer Nature Limited

图二、压力下将氩气扩散到GC©2022 Springer Nature Limited

图三、NDC样品的同步加速器XRD和压力调节©2022 Springer Nature Limited

图四、基于TEM的技术表征NDC中的高压结晶氩气晶粒©2022 Springer Nature Limited

【成果启示】

总之，NDCs提供了一种独特的方法来获得高压材料和特性，这些材料和特性可通过保持高压条件用于环境应用。此外，NDCs样品原则上是累积性的，具有无限多种合成的潜力，从而消除了高压现象仅存在于大型压力容器内的微小样品中的限制。因此，本研究表明了高压材料应用对先前不可淬灭相的巨大挑战的第一步，也是关键的一步。

文献链接：Preservation of high-pressure volatiles in nanostructured diamond capsules. Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04955-z.

本文由CQR编译。

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