Nature Synthesis：碳纳米管与金刚石复合，有奇效 ！

本文报道了一项超硬材料领域的重要突破。传统金刚石虽硬度极高，但断裂韧性低（3.4–5.0 MPa m1/2），易发生脆性断裂，且现有的增韧策略往往以牺牲硬度为代价。针对这一挑战，中科院物理所与北京航空航天大学的研究团队提出了一种外在增韧策略，通过高温高压（15 GPa, 2000 °C）技术，将高度分散的多壁碳纳米管（MWCNTs）引入金刚石晶粒间隙，构建了三维连续的MWCNT增韧网络。该复合材料形成了原子级共格的sp²–sp³杂化共价键界面，解决了传统物理接触界面载荷传递效率低的问题。实验结果表明，该复合材料的维氏硬度高达91.6 GPa，与单晶金刚石相当；其断裂韧性平均为31.9 MPa m1/2，最高达36.4 MPa m1/2，是单晶金刚石的约五倍，甚至超过了典型的钨合金。研究通过原位透射电镜与密度泛函理论模拟揭示了多尺度增韧机制：包括裂纹偏转、碳纳米管拔出与桥接效应，以及界面处sp²碳向新型碳多晶型体的连续相变耗能过程。这种通过构建连续异质结构实现硬度与韧性协同提升的设计范式，为开发下一代高性能超硬工具和抗冲击复合材料提供了重要思路。