碳原子由于具有独特的成键能力,可形成不同结构和性质的异构体。研究表明,高压可使碳材料发生成键、结构的转变,转变压力和过程与其拓扑结构密切相关。因此,高压研究碳材料是获得新型碳材料的可行途径。玻璃碳是一种包含近100％ sp2碳原子、由碳六边形、五边形和七边形构成的高度无序的碳结构。高温高压下玻璃碳可以转化成纳米聚晶金刚石,以其为二级压砧在金刚石对项砧压腔中可产生近600GPa的超高压。但是在室温高压玻璃碳的结构和性质转变研究还存在很大的争议,即压缩玻璃碳是否能形成非晶"金刚石"以及其成键状态、机械性能是否发生相应的转变？本研究工作报道了我们近期在玻璃碳高压相变和屈服强度研究方面取得的进展。实验发现,玻璃碳球压力高于约33GPa时,开始转变成—种新的透明碳相,拉曼光谱表明碳原子则发生了sp2杂化向sp3杂化的转变。伴随此相变过程,碳球的硬度/强度显著提高,在压腔内标定压力为62GPa时,玻璃碳球的屈服强度可高达120GPa,接近于金刚石的强度。进一步研究发现,玻璃碳球的转变与其在压缩条件下的应力状态密切相关,单轴应力可明显驱动其向透明超硬相的转变。在适当条件下,碳原子的sp2-sp3转化率可达到100％,形成近100％sp3杂化的玻璃超硬碳。卸压发现,该超硬碳相可保持到10GPa甚至更低压力。这些结果也表明,玻璃碳的结构、压致转变与石墨有类似之处。