高压下的碳材料
碳是自然界中分布最为广泛、结构形态最为丰富的元素之一。碳元素凭借其独特的电子构型，可形成sp、sp2、sp3等多种杂化成键方式，构成零维到三维的丰富同素异形体，展现出令人惊叹的物性可调性。正因如此，碳材料始终处于凝聚态物理、材料科学与高压科学交叉研究的核心位置。
压强作为决定物质状态的基本热力学参量，在碳材料研究中的地位尤为独特。早在20世纪中叶，高压技术便在碳材料领域实现了里程碑式的突破：高温高压条件下石墨向金刚石的转变被成功实现，这一被称为“人造钻石技术”的成就不仅催生了数十亿美元量级的超硬材料产业，更深刻验证了高压可以跨越化学键能垒、驱动物质结构重构的科学预言。从那时起，高压便成为探索碳材料新结构、新物性的强大引擎。
21世纪以来，高压实验技术的革新使碳材料研究超越“石墨-金刚石”经典范式，步入结构调控与新结构创制的新阶段。高压能精准剪裁碳的成键网络：冷压驱动sp2-sp3杂化转变，获得与金刚石相媲美的硬度；热压则合成兼具优异力、电、光性能的新型碳块体材料。高压在低维碳体系研究中尤为显著，催生了二维金刚石及复合相等系列新物相。我国学者在该领域，从晶界工程到大尺寸非晶碳制备，已取得系列原创成果，建立起显著的学术高地。
然而，高压下碳材料的相变路径复杂、中间态丰富，不同合成路径（冷压与热压、静压与冲击波等）可导向截然不同的产物结构，这既是挑战，也是机遇。如何在非平衡相变路径中实现可控制备、如何理解sp2/sp3杂化共存的微观机制并据此设计多功能材料，仍是亟待深入探索的前沿课题。
为了更好地展示高压技术在碳材料研究中的最新进展与广阔前景，本专题汇聚了该领域多位专家和学者的研究成果，涵盖高压碳材料的结构相变、新奇物性探索以及大尺寸制备等诸多方面。希望本专题能够抛砖引玉，吸引更多高压领域的年轻学者投身碳材料研究，共同推动这一经典而又常新的领域不断前行。最后，谨向为本专题筹备和撰写做出贡献的所有学者同仁致以诚挚的感谢！
姚明光 王 霖
吉林大学 燕山大学
2026年8月22日
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