本报讯（记者孙丹宁）近日，吉林大学教授朱品文、李全、陶强与宁波大学教授崔田合作，在金刚石超硬材料的结构设计和可控制备研究方面取得新进展。团队从含羞草叶片的曲率响应中获得仿生启发，提出了仿生曲率诱导策略，构建出立方-六方异质结构。该结构有效抑制位错运动并耗散裂纹能量，实现了硬度与韧性的协同提升，为超硬材料的结构设计和可控合成提供了新思路。相关成果发表于《科学进展》。

通过在石墨前驱体中构筑可编程的微米级曲率结构，团队在高温高压合成过程中实现了对局域应力场空间分布的主动调节，产生局部应力集中效应，从而主导了相变动力学过程。这种仿生几何设计理念的核心在于让结构几何成为调控相变的“隐形手柄”。通过曲率诱导的应力场调控，研究团队在常规静态高压条件下实现了立方金刚石（CD）与六方金刚石（HD）相的协同生长，构建出具有复杂界面结构和层次调控能力的CD-HD异质结构体系。该方法在传统静压体系中实现了相变路径的主动控制，打破了以往必须借助冲击波或强非静水压力才能诱导HD生成的技术壁垒，建立了“曲率-应力-结构”的设计思路。

这一仿生策略不仅拓展了材料结构设计的自由度，也从概念层面验证了通过结构几何调控实现材料演化可编程控制的可能性。研究结果显示，基于该方法制备的金刚石复合材料表现出优异的力学性能，维氏硬度高达169GPa，比传统纳米多晶金刚石（NPD）提升36%；断裂韧性达到15.7 MPa·m1/2，比NPD提高104%，约为天然金刚石的3倍。

该研究为破解金刚石材料“硬度与韧性难以兼得”的难题提供了新思路，体现了仿生结构设计与应力场工程的深度融合，为突破超硬材料的性能极限提供了知识储备。该方法还有望进一步推广至立方氮化硼、过渡金属硼化物等重要超硬材料，为极端环境结构材料、耐磨防护涂层和高性能切削工具等领域的材料创新与产业化应用提供有力支撑。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aea3692