在溫和條件下合成金剛石，為工業(yè)應(yīng)用和科學(xué)研究開辟新路徑
【新華社首爾訊】近日，韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在人造金剛石領(lǐng)域取得了革命性進(jìn)展，成功在1個大氣壓和1025℃的條件下，使用液態(tài)金屬合金作為金屬助熔劑生成了人造金剛石。這一成果不僅有望深化基礎(chǔ)科學(xué)研究，還可能以新方式擴(kuò)大金剛石生長規(guī)模，相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在*新一期的《自然》雜志上。
傳統(tǒng)上，人造金剛石主要采用高壓高溫（HPHT）方法生產(chǎn)，需要在5GPa—6GPa的極高壓和1300℃—1600℃的高溫下進(jìn)行。而IBS團(tuán)隊(duì)的新方法顯著降低了對高壓條件的依賴，為在更加溫和的環(huán)境下合成金剛石提供了可能。研究團(tuán)隊(duì)使用了由鎵、鐵、鎳和硅組成的液態(tài)金屬合金，通過催化甲烷和碳原子在液態(tài)金屬亞表面的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了金剛石晶體的成核和生長。硅在這一過程中起到了關(guān)鍵作用，有助于穩(wěn)定參與成核的四價(jià)碳團(tuán)簇。
這項(xiàng)技術(shù)的成功，預(yù)示著合成金剛石的新途徑，可能對金剛石的工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。人造金剛石因其硬度高、耐磨性好，已廣泛應(yīng)用于切削、磨削、鉆探等領(lǐng)域。同時，由于其導(dǎo)熱率高、電絕緣性好，也被用于半導(dǎo)體裝置的散熱板，以及在電子工業(yè)中的多種應(yīng)用。
此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，合成的金剛石具有非常高的純度，并在結(jié)構(gòu)中存在硅空位色心，這可能使其在磁感應(yīng)和量子計(jì)算等高科技領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)中，通過高分辨率電子顯微鏡成像，觀察到金剛石直接接觸的凝固液態(tài)金屬中存在約30—40納米厚的亞表面非晶區(qū)域，這一發(fā)現(xiàn)為理解金剛石在新條件下的成核和生長機(jī)制提供了重要線索。
IBS團(tuán)隊(duì)的這一成就，不僅展示了在常壓下合成金剛石的可能性，還為未來金剛石在工業(yè)和科研領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的想象空間。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化，人造金剛石的生產(chǎn)成本有望降低，同時提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，這將對全球金剛石市場產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
隨著人造金剛石技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在工業(yè)超硬材料加工、新基建領(lǐng)域、半導(dǎo)體材料、光伏產(chǎn)業(yè)等應(yīng)用的需求量將持續(xù)增長。特別是在半導(dǎo)體裝置、光學(xué)聲學(xué)裝置、壓力加工和切削加工工具等方面的應(yīng)用前景十分廣闊。
在人造金剛石行業(yè)，中國作為主要的生產(chǎn)和出口國，擁有巨大的市場潛力和發(fā)展空間。中國企業(yè)在技術(shù)研發(fā)上的不斷突破，預(yù)示著未來中國產(chǎn)品將逐漸向高端市場靠攏，與國外企業(yè)形成更為激烈的競爭。
本項(xiàng)研究的成功，是國際科研合作和創(chuàng)新精神的典范，也為全球科研人員提供了新的研究思路和方法。隨著科技的不斷進(jìn)步，人造金剛石的合成技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更多創(chuàng)新，為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
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