研究突破概述 - 北京高压科学研究中心与清华大学等团队在金刚石纳米线研究取得新突破 成功制备出百微米级高质量单晶材料 相关论文发表于《Chem》期刊 [1] - 该研究通过高压退火技术 以1-萘甲酸单晶为原料实现了材料的成功制备 [1] - 该单晶材料展现出近零轴向压缩率和极强导热各向异性 有望用于下一代高性能纳米电子器件等领域 [1] 材料特性与应用潜力 - 金刚石纳米线是只有几个碳原子粗细的一维纳米材料 继承了金刚石的高强度、优异导热性和绝缘性 同时具备聚合物般的柔性特质 [1] - 在纳米机械系统、超高灵敏度传感器制备及微电子散热等领域具有巨大应用价值 [1] - 其独特的各向异性导热能力 有望助力解决电子设备中的“定向散热”难题 突破传统散热材料的性能瓶颈 [1] - 随着合成技术优化 金刚石纳米线有望广泛应用于通信、量子计算、新能源汽车等领域的热管理系统构建 [3] 技术发展历程与瓶颈 - 2015年美国科学家首次在苯的高压聚合产物中观察到金刚石纳米线 [2] - 此后10年 该领域研究始终未能突破制备高质量、大尺寸材料的核心瓶颈 所得材料普遍存在结晶度差、晶粒尺寸小等问题 导致无法进行性能测试并限制了高端应用 [2] 本次研究的核心技术创新 - 研究团队创新性地采用“单晶到单晶”的拓扑化学聚合策略 通过精准调控反应条件 成功合成出百微米级别的高质量单晶金刚石纳米线 [2] - 团队利用1-萘甲酸分子特有的羧基—羧基氢键作用和21.6°的最优滑移角 实现分子的高效预堆叠 结合20吉帕高压与573开尔文（K）退火的协同作用 抑制了内部缺陷产生 确保了聚合过程中晶体结构的完整性 [3] - 合成的金刚石纳米线单晶具有类六方金刚石结构 尺寸达140×100×20微米 是当前报道的最大尺寸金刚石纳米线单晶 为宏观性能测试提供了关键基础 [3] - 研究建立了一套“分子预设计—高压拓扑聚合—退火缺陷消除”的可控合成新方法 [3] - 通过固体核磁共振等测量揭示了碳原子的反应选择性 阐明了狄尔斯—阿尔德连续反应主导的聚合机理 为设计合成具有特定结构的低维碳材料提供了理论指导 [3] - 该工作实现了金刚石纳米线单晶在常压下的稳定保留 推动其向实际应用迈出关键第一步 [3]