儘管鑽石是地球上硬度最高的天然材料，但卻有一個大罩門，那就是它像玻璃般脆弱，一旦受到劇烈撞擊，就可能碎裂。多年來，科學家一直致力設法在不犧牲它卓越硬度的前題下，來提高鑽石的韌性。然而，在傳統材料學中，這兩者往往無法兼得。
如今中方科學家利用碳奈米管建構內部支撐結構，克服了鑽石那種類似玻璃的脆弱性。而這種人造鑽堅不可摧，就算用鐵鎚用力敲打，也不會碎裂。
《南華早報》11日報導，這項突破的關鍵在於多壁碳奈米管，這種超強碳纖維「繩索」極纖細，厚度大約雖只有人類頭髮的萬分之一，但強度卻比鋼鐵高出數十倍。而以往嘗試把碳奈米管加入陶瓷，或是金屬的作法效果並不理想，原因在於多壁碳奈米管和基材之間只有鬆散的物理接觸，無法有效傳遞力量或分擔負荷。
而大陸研究人員採取了不同的策略，他們先把用來製作奈米管所需的微米級鑽石粉末徹底混合均勻，接著將混合物置於2000°C高溫；15吉帕，約等於正常大氣壓力15萬倍的高壓環境中處理。
中國科學院物理研究所與北京航空航天大學團隊在發表於《自然-合成》（Nature Synthesis）期刊上的論文中說，他們發現了一種內部支撐結構，在不影響硬度的前提下，成功將鑽石的韌性提升了6倍，克服了鑽石雖硬，但容易脆裂的物理限制。
而壓力經過精心選擇，既要高到足以讓材料融合，又不能高到把碳奈米管全部轉變成鑽石，也不能低到讓粉末變成石墨。最終得到的成果是一排排仍保持纖維形態的奈米管，並在原子層級與鑽石形成牢固的化學鍵結。論文中說，這些奈米管的作用就像鋼筋混凝土裡的鋼筋，在鑽石晶粒之間構築連續的三維網，同時鑽石晶粒彼此也直接鍵結在一起。
實驗室測試顯示，這種新複合材料的硬度約為91.6吉帕，與普通單晶鑽石相當，韌性最高可達36.4MPa.m1/2，比一般鑽石提升了5到6倍，甚至超越典型的鎢合金。
這種材料的潛在用途十分廣泛，包括用在加工金屬與陶瓷上的超硬切削刀具、地質鑽頭，以及航太零件等。相關研究工作獲得位於北京懷柔科學城的國家「綜合極端條件實驗裝置」支持，讓科學家得以在極端環境下測試材料性能。
編輯 / 羅志光
【巴西華人資訊網】
