C60 高压重构双相 sp² 碳：约 20 GPa 硬度、超 88% 弹性恢复

顶级刊物论文速递 · 发布 2026-08-13T18:40:00+08:00 · 更新 2026-08-13T18:39:16+08:00

核心结论

Nature Communications 8 月 12 日报告一种由 C60 在高压下逐步结构重构形成的致密 sp² 碳。材料由堆叠石墨烯纳米簇嵌入无序 sp² 富集非晶基体组成，层间滑移和弹性压缩帮助分散应力，同时保持结构相干。它实现约 20 GPa 硬度、超过 88% 弹性恢复，并在空气中接近 960°C 仍具抗氧化性；模拟把刚度与韧性的组合归因于有序—无序域界面增强，但高压制备规模和长期损伤耐受尚未证明。

Nature Communications 8 月 12 日上线一项高压碳材料研究。sp² 键合碳包括石墨、石墨烯和多种非晶结构，通常拥有良好热稳定性或面内强度，但在块体中容易出现机械各向异性、层间滑移失控、损伤容限不足，或在高温和应力下发生结构变化。要同时得到高硬度、可恢复形变和热稳定性，一直比单项性能优化更难。

团队以 C60 富勒烯为前驱体，在高压下通过渐进结构重构制备双相 sp² 碳。其层级结构包含堆叠的石墨烯纳米簇，分散在无序、sp² 富集的非晶基体中。有序纳米簇提供局部刚度和承载骨架，无序区域与界面则允许受控层间滑移和弹性压缩，使材料在加载时吸收形变而不立即发生脆性破坏。

实验报告约 20 GPa 硬度、超过 88% 弹性恢复，以及在空气中接近 960°C 的抗氧化能力。这一组合在代表性碳材料中较少见：高硬度材料通常弹性恢复有限，而柔韧层状材料又常在氧化或局部剪切中失效。模拟显示，有序与无序域之间的界面增强把刚度和韧性联系起来，说明性能来自层级架构而不只是平均 sp² 键比例。

该设计可为高温摩擦部件、保护层和极端环境碳构件提供结构路线，但现阶段不能直接视为可量产工程材料。C60 前驱体和高压合成的成本、样品尺寸、批次均匀性、缺陷敏感性与复杂形状加工仍未解决；接近 960°C 的空气抗氧化也需要明确持续时间、热循环和载荷耦合条件。后续应放大样品、进行疲劳与冲击测试，并与硬质合金、陶瓷和其他碳材料按密度、成本及全寿命比较，同时确认破坏后是否仍能保持结构优势。

信息来源

• Nature Communications 论文页
• DOI

可信度说明

来源为 8 月 12 日发表于 Nature Communications 的同行评议论文，原始页面公开 C60 高压重构、双相层级结构、约 20 GPa 硬度、超过 88% 弹性恢复和接近 960°C 抗氧化性；页面与 DOI 可核验。性能来自实验样品和模拟解释，尚缺大尺寸制造、长循环载荷与工业成本证据。

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