在机械与生物运动界面，碳通常会发生摩擦诱导的石墨化现象，而金刚石化，则一般难以发生。这是当前该研究领域的固有认知，也与高温高压条件下既发生石墨化又发生金刚石化的静态相变现象形成明显区别。迄今为止，摩擦诱导金刚石化尚无报道。当所有证据都指向摩擦必然导致石墨化时，这引出一个根本性疑问，机械与生物摩擦界面是否必然发生石墨化？摩擦诱导金刚石化是否有可能发生？

近期，中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心纳米润滑课题组研究人员利用二维限域空间约束方法，构建二维夹层三明治结构的策略，借助其能量约束、运动约束与结构诱导效应来激活摩擦界面金刚石化的相变，攻克金刚石在摩擦条件下难以形成这一瓶颈。

从实验层面，利用二维材料薄片的摩擦诱导分层堆叠特性，将非晶碳涂层产生的磨屑捕获并包裹于层间，构建二维夹层三明治结构。该二维空间约束具有多重作用，其显著抑制了摩擦能量向开放空间的耗散，使限域区间内的温度得以提升并持久维持，从而在能量上为跨越金刚石化转变能垒创造条件（称为能量约束）；二维薄片在法向（Z方向）作为承压模板完全限制碳原子的纵向位移，其“砌砖式”堆垛阻碍了面内（X-Y方向）原子迁移，促使被压缩碳源的密度趋近于金刚石（称为运动约束），为金刚石化结构重排奠定“高压环境”；二维薄片以其有序表面对非晶碳实现模板诱导，同时借助弱范德华作用有效抑制碳原子迁移，减少结构缺陷的产生，从而创造出转变能垒降低和弛豫时间缩短双重利好的条件（称为结构诱导）。由此可知，二维限域空间将传统摩擦过程中瞬时高温、高压（密度接近石墨）、高碳迁移率的石墨化主导环境，转变为具有持续高温、局部超高压及低碳原子迁移特征的动力学环境，创造出有利于金刚石化的条件。

从理论层面，通过反应分子动力学模拟，探究二维空间约束如何从能量与结构双维度上促成逆向转变过程。模拟结果表明，二维限域空间可降低相变能垒（约降低30%）并加快结构弛豫动力学（约提高2.0倍），从而引发形成金刚石的歧化相变。

通过实验和理论相结合方法，在初始接触压力为1.08 GPa的摩擦条件下，利用范德华挤压和模板效应，促成非晶碳磨屑致密化，降低非晶碳金刚石化的转化能垒，实现摩擦界面金刚石形成。二维夹层中摩擦诱导形成的碳相是非晶碳、石墨烯、非晶金刚石、金刚石（甚至是未知新相）等多种形态共存的复合体。石墨烯与金刚石在空间上相互分离的分布特征表明，二者均直接源自非晶碳磨屑的独立演化，而非经由石墨烯与金刚石之间的直接相变。金刚石呈现颗粒形态，非晶碳向金刚石转化率约为11.2%。当初始接触压力提升至1.40 GPa时，非晶碳向金刚石转化率约为38.5%。

相关研究成果以“Diamond Formation at Superlubric Sliding Interface”为题发表在Advanced Materials (2026, 5469902)上。兰州化物所王永富副研究员为论文第一作者，兰州大学李瑞云研究员、瑞士巴塞尔大学Ernst Meyer教授和兰州化物所张俊彦研究员为通讯作者。

以上工作得到了国家重点研发计划、中国科学院未来伙伴专项和甘肃省重大专项等项目的支持。

图1.整体思路图

图2.初始接触压力1.08GPa下摩擦诱导形成金刚石

图3.初始接触压力1.40 GPa下摩擦诱导形成金刚石

图4.原子尺度理论模拟研究