由于碳能够通过杂化轨道形成各种键，所以碳有许多同素异形体。在所有的同素异形体中，石墨和金刚石是最普遍的(分别具有sp2和sp3杂化)，并且已经被人类广泛利用了几千年。

石墨和金刚石是两种完全不同的材料，石墨即铅笔芯的主要成分，质软、色黑、具有导电性。金刚石又被称为钻石，坚硬、剔透、不导电。这两种化合物的主要成分均为碳元素，在极端条件下可以相互转化。但其转化路径仍然存在着诸多谜团。

前不久，燕山大学田永君院士团队赵智胜等人与国内外学者合作，在静高压下部分相变的石墨样品中首次观察并确定了石墨和金刚石之间的共格界面结构，进而阐明了静高压下石墨-金刚石相变机理：石墨层通过两种菱形结构基元和两种矩形结构基元局部键合形成共格界面，通过共格界面向石墨区域的推进，实现石墨到金刚石的转变。并制备出新型的石墨-金刚石复合材料Gradia，为碳材料家族新添了一名新成员。Gradia兼具石墨的导电性和金刚石的高硬度，同时也具有两者都不具备的韧性，具有非常大的现实应用潜力，最新成果于7月发表在国际权威杂志《Nature》。

Gradia它具有优异的力学性能和电学特性：努氏硬度在51-115 GPa之间；室温电阻率在8×10-4-4.9×105Ω·m之间可调；断裂韧性很高，无法采用常规压痕方法进行测量，说明Gradia通过界面结合，具备了石墨和金刚石都不具备的韧性。最为重要的是这些优异的性能可以通过调控石墨-金刚石的不同大小、比例和不同类型的界面结构进行调整，是实现兼具导电、超硬、极韧等优越性能，新一代可设计控制的高性能碳材料。该研究对新物质探索，新材料研发和基础物理化学规律的扩展等方面提供了重要的实现手段。

作为碳材料家族的新成员，Gradia属于新一代可设计控制的高性能碳材料，具有非常大的应用空间，发展前景广阔。未来，研究团队将依托超算进一步探索和发现新型共价性超硬材料，并拓展其应用范围，为物理学和材料科学的发展做出新的贡献。