金剛石作為自然界中硬度最高的材料，是材料硬度研究領(lǐng)域的標桿，其維氏刻壓強度可達到100GPa。尋找硬度超過(guò)金剛石的材料長(cháng)期成為這領(lǐng)域內科研工作者的一個(gè)挑戰目標，同時(shí)這類(lèi)硬度極高的材料能被用作極端情況下的切削工具、鉆頭、產(chǎn)生極端高壓的對頂砧等等，對于軍事、科研、工業(yè)、民用都有很重要的意義。
    最近國內有研究小組通過(guò)在金剛石中引入納米級別孿晶面，成功合成出了硬度超過(guò)晶體金剛石一倍的納米孿晶面金剛石（nt-Dia）結構。該結果在引發(fā)人們熱議的同時(shí)，也提出了很多挑戰。nt-Dia中孿晶面平均厚度為5nm，這一顆粒尺寸使得材料處于反常Hall-Petch區域，作為納米材料中被廣泛驗證的Hall-Petch效應認為，納米材料尺寸存在一個(gè)閾值，閾值納米尺寸對應的材料硬度最大，而處于反常Hall-Petch區域的材料硬度將會(huì )隨納米尺度減小而下降。很多人嘗試對nt-Dia反常的硬度提升結果進(jìn)行解釋?zhuān)ㄊ褂梅肿觿?dòng)力學(xué)，傳統剪切模型，計算彈性模量等等，但是都沒(méi)有得到很好的效果。
    上海交通大學(xué)孫弘教授小組通過(guò)分析實(shí)驗發(fā)現，實(shí)驗過(guò)程中使用硬度較小的金剛石壓頭去刻壓硬度較大的nt-Dia，但是最終壓頭并沒(méi)有損壞?；谶@一觀(guān)察，研究小組提出了最大正壓力刻壓模型，并使用該模型對nt-Dia進(jìn)行了形變模擬，成功解釋了處于反常Hall-Petch區域的nt-Dia材料硬度達到200GPa這一實(shí)驗事實(shí)。計算發(fā)現孿晶面相對于一般晶界有著(zhù)更低的界面能，在切向形變以及壓頭正壓力的共同作用下，將會(huì )發(fā)生規律性移動(dòng)，使得材料在形變過(guò)程中，通過(guò)相變以及“旋轉”的方式，從硬度較低的結構轉變到硬度很高的結構，提升材料的硬度。