超高速撞击下钻石“秒变”石墨

美国得克萨斯农工大学和莱斯大学研究团队发现，在速度超过音速8倍的弹丸撞击下，一种钻石复合材料的部分区域会在数微秒内发生快速相变，变成石墨。这一发现有望为未来航空航天、国防及防护材料的研发提供新思路。相关论文发表于最新一期《今日材料》杂志。

钻石独特的晶体结构使其成为自然界已知最坚硬的材料。为了观察超高速撞击对钻石复合材料的影响，研究团队利用两级轻气炮开展了两次实验。第一次实验中，研究人员发射了一簇直径为1毫米的铝弹丸，速度接近7.5马赫，钻石复合材料能够承受这种冲击；第二次实验则发射了一枚直径为4毫米的铝弹丸，速度接近8.45马赫，材料发生碎裂。

他们利用高速摄像机和超快传感器记录撞击过程，弹丸撞击靶标时，会在极短时间内产生强大的压力、冲击波和热量。通过显微分析发现，钻石复合材料的部分区域已经转变为石墨。这项研究的特别之处在于，团队不仅记录了材料受到冲击后的损伤，还捕捉到了材料内部的相变过程。

简单来说，铝弹丸撞击产生的强烈冲击波，迅速改变了钻石复合材料内部原本坚硬的原子排列结构，使其中部分钻石转变成了石墨。与钻石相比，石墨的硬度要低得多，但这种结构变化有助于吸收、耗散和重新分配冲击能量。

这种钻石向石墨的转变揭示了一个重要现象：即使是自然界中最坚硬的材料，在极端冲击下也可能发生结构变化。对于高超音速飞行器和航天器而言，这项研究有望为研发能够承受高速飞行过程中剧烈冲击波和机械应力的材料提供依据。在国防领域，相关发现也能为防护材料设计提供新思路。未来的防护材料不仅需要抵御强烈撞击，还需要有效控制冲击能量在材料内部的传递，从而减轻冲击造成的破坏。

（文章来源：科技日报）