金刚石具有超高的硬度、高化学稳定性、低热膨胀系数、高热导率等优异性能，广泛应用于刀具、磨具磨料、高通量散热器件、大功率集成电路、 半导体激光器、航空航天等领域。在实际应用中，如金刚石刀具、金刚石钻头、高通量散热器等，金刚石会不可避免地与铁质材料接触， 并在界面处发生反应。因此，理解金刚石与金属材料界面反应的深层机制对于优化界面接触、界面成键和提升金刚石基器件性能至关重要。 但目前关于金刚石-Fe的界面反应机制还存在争议。

郑州大学物理学院金刚石光电材料与器件课题组单崇新、程少博、李顺方教授结合电子显微学分析技术及理论计算， 从原子尺度上探究了金刚石与Fe在高温退火时的界面反应。建立了碳/Fe原子在共格界面处的双向扩散机制： Fe原子扩散到金刚石中占据碳空位，导致金刚石表面结构松弛，且Fe原子降低了金刚石中碳空位的形成能， 进一步为Fe原子扩散提供占据位点；同时，碳原子扩散到Fe晶格中形成Fe3C；当Fe3C中碳原子过饱和时，在Fe3C表面形成石墨。 本研究为金刚石与铁质材料界面反应的原子机制提供了新见解，有利于金刚石基器件的加工及应用。

图1. 刻蚀后的金刚石颗粒的TEM图像:

图2. 刻蚀后的金刚石颗粒通过聚焦离子束制样的STEM图像、EDS和EELS光谱:

图3. DFT计算双向扩散:

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.440