記者12月18日從北京高壓科學研究中心獲悉，該中心研究員李闊和鄭海燕團隊聯(lián)合清華大學等機構(gòu)的科研團隊，在金剛石納米線研究方面取得新突破，相關(guān)論文日前刊發(fā)于國際期刊《Chem》（化學）。論文通訊作者李闊介紹，該研究通過高壓退火技術(shù)，以1-萘甲酸單晶為原料實現(xiàn)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(xiàn)出近零軸向壓縮率和極強導熱各向異性，有望用于下一代高性能納米電子器件等領(lǐng)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(yōu)異導熱性、絕緣性，又自帶聚合物的“柔性特質(zhì)”，在納米機械系統(tǒng)及超高靈敏度傳感器制備、微電子散熱等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用價值。特別是其獨特的各向異性導熱能力，有望助力解決電子設(shè)備中的“定向散熱”難題，突破傳統(tǒng)散熱材料的性能瓶頸。

北京高壓科學研究中心博士研究生、論文共同第一作者曾慶超介紹，2015年，美國科學家首次在苯的高壓聚合產(chǎn)物中觀察到了金剛石納米線。然而，接下來的10年，該領(lǐng)域的研究始終未能突破制備高質(zhì)量、大尺寸材料的核心瓶頸，得到的材料普遍存在結(jié)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(lǐng)域的應(yīng)用。

據(jù)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(yīng)，包括高壓條件下合成金剛石納米線的研究。近年來，團隊合成了多種具有原子尺度有序結(jié)構(gòu)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(chuàng)新性地采用“單晶到單晶”的拓撲化學聚合策略，通過精準調(diào)控反應(yīng)條件，成功合成出百微米級別的高質(zhì)量單晶金剛石納米線。

李闊說，團隊利用1-萘甲酸分子特有的羧基—羧基氫鍵作用和21.6°的最優(yōu)滑移角，有效實現(xiàn)了分子的高效預(yù)堆疊，結(jié)合20吉帕高壓與573開爾文（K）退火的協(xié)同作用，抑制了內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，確保了聚合過程中晶體結(jié)構(gòu)的完整性。研究結(jié)果顯示，合成的金剛石納米線單晶具有類六方金剛石的結(jié)構(gòu)，尺寸達140×100×20微米，這是目前報道的最大尺寸金剛石納米線單晶，為宏觀性能測試提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

值得關(guān)注的是，該研究建立了一套“分子預(yù)設(shè)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等測量，揭示了碳原子的反應(yīng)選擇性，闡明了狄爾斯—阿爾德連續(xù)反應(yīng)主導的聚合機理，為設(shè)計合成具有特定結(jié)構(gòu)的低維碳材料提供了理論指導。

此外，該工作實現(xiàn)了金剛石納米線單晶在常壓下的穩(wěn)定保留，推動金剛石納米線單晶向?qū)嶋H應(yīng)用邁出關(guān)鍵的第一步。隨著合成技術(shù)的進一步優(yōu)化，金剛石納米線有望廣泛應(yīng)用于通信、量子計算、新能源汽車等領(lǐng)域的熱管理系統(tǒng)構(gòu)建。