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主题：碳与氮化硼材料:? 基础科学与广泛影响

主讲嘉宾：罗德尼·劳夫（Rodney S. Ruoff）教授

主持人：唐本忠教授

日期：2025年10月16日（周四）

时间：上午10:30-11:45

地点：行政楼西翼冼为坚国际会议中心（W201）

语言：英文

摘要：

截至2025年，全球石墨（G）的产量远超金刚石（D）。以公吨计，天然石墨年产量约150万吨，天然金刚石不足25吨；合成石墨高达350万吨，而合成金刚石仅约3100吨。标准温压（273 K，1 atm）下，金刚石与石墨热力学能量几乎相当，六方氮化硼（hBN）与立方氮化硼（cBN）也具有相近的热力学稳定性。根据HSC Chemistry软件的计算，若一个仅含金刚石与石墨的纯碳体系达到化学平衡，在标准温压（STP）下，金刚石将占22 mol%；温度升至2000 K时，这一比例更将升至34.5 mol%。再者，金刚石在标准温压下的生成焓（ΔHf）其实极小——其数值约等于液态氖在沸点（27 K）时的蒸发焓（ΔHvap），仅为液态水中一个氢键焓的十分之一。

当前教科书和主流文献几乎无一例外地将上述现象归因于热力学稳定性。然而，劳夫教授认为这种解释“根本就是错误的”。他提出，真正起决定性作用的是动力学控制，而非热力学控制。无论是在常压下更容易合成石墨，还是在传统的高温高压（HTHP）金属熔剂法中得以合成金刚石，其产物的选择都是由反应路径的动力学能垒决定的。

在本次讲座中，劳夫教授将讨论合成金刚石的新途径，并重点介绍其团队发表的突破性成果。该研究指出，从组合数学和元素周期表的角度看，能够溶解足量碳（对立方氮化硼 cBN 而言，则为“能够溶解足量的硼和/或氮”）的金属熔剂，其元素组成的选择空间极为广阔。幸运的是，在众多可能的金属熔剂体系中，开元935棋盘app下载碳（或硼、氮）的溶解行为、相平衡及其他关键问题，仍有大量领域无人涉足，为基础科学和应用技术带来了无限机遇。

劳夫教授还将分享开元935棋盘app下载金属熔剂中溶质元素时空分布的新构想：从“零时刻”（time = 0）起即加以建立与调控。结合“逆向合成”（retrosynthesis）与动力学控制的理念，他预见金刚石与立方氮化硼的合成将迎来一个全新且极具前景的方向。

此外，讲座还将介绍宏观尺度单层单晶石墨烯（SCG）的拉伸力学行为。劳夫教授研究团队对规格为10毫米长、2毫米宽的“哑铃状”单晶石墨烯样品 [ 生长在单晶Cu(111)或Ni(111)箔上 ] 进行了系统的拉伸测试，测量了其杨氏模量、断裂应变和拉伸强度与晶体取向的关系。研究发现，这些石墨烯样品展现出惊人的拉伸强度，在航空航天“轻量化”及其他领域具有广阔应用前景。

主讲嘉宾简介：

罗德尼·劳夫（Rodney S. Ruoff）教授，韩国蔚山科学技术院（UNIST）特聘教授（隶属化学系、材料科学与工程系及能源与化学工程学院），韩国基础科学研究院（IBS）多维碳材料中心主任。本科毕业于德克萨斯大学奥斯汀分校，1988年获伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学物理博士学位；1988–89年获富布赖特奖学金，赴德国哥廷根马克斯·普朗克流体动力学研究所访学。毕业后，他先于IBM T.J. Watson研究中心进行博士后研究，随后在SRI国际分子物理实验室开展科研工作六年。2000年1月至2007年8月任教于西北大学，任“约翰·埃文斯纳米”工程讲席教授，兼任该校仿生材料研究所负责人。2007年9月至2014年，任美国德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系“科克雷尔家族董事讲席教授”。 迄今在化学、物理、材料科学、力学及生物医学等领域合作发表同行评议论文550余篇（H指数184，总引用超28万次，其中5篇论文单篇引用逾万次），拥有60项授权专利。