鄭州大學(xué)單崇新教授團隊利用新方法合成的高品相優(yōu)白級鉆石
日前，鄭州大學(xué)單崇新教授團隊盧英杰博士等人合成出質(zhì)量1.2克拉以上、顏色優(yōu)白級、凈度SI1級的高品相鉆石。
據(jù)悉，鉆石是指經(jīng)過精加工的金剛石，地球上的天然鉆石是碳元素在地球深部高溫高壓的特殊條件下（地表以下100- 300千米，壓力5- 7百萬大氣壓，溫度1200- 1800攝氏度）以及一定含量及比率的鐵族金屬和石墨或碳條件下歷經(jīng)億萬年的“修煉”而成的，再遇有火山爆發(fā)或其它地質(zhì)運動被帶到地表附近。
目前，地球上已探明的鉆石貯量約為25億克拉，但鉆石礦床的探尋往往耗資巨大，天然鉆石的開采不僅會耗費大量資源，還可能對地球生態(tài)環(huán)境造成不可挽回的破壞。
同時，部分戰(zhàn)亂地區(qū)開采的鉆石獲得的利潤被投入到戰(zhàn)爭中，給當(dāng)?shù)厝嗣駧砹松钪氐臑?zāi)難。而合成鉆石可以在實驗室進行，不會破壞生態(tài)，耗費能源有限，也沒有“血鉆”等道德原罪，是一個綠色的產(chǎn)業(yè)。因此，有人預(yù)計，人造鉆石將逐漸成為首飾市場的主流。
另據(jù)悉，人們近年來發(fā)現(xiàn)金剛石除了具有天然材料最高硬度的性質(zhì)以外，還具有很大的禁帶寬度、已知天然材料最高熱導(dǎo)率、極高的擊穿電場、較大的載流子飽和遷移率等顯著特點，因此有望成為下一代電力電子器件的優(yōu)異候選材料。
單崇新介紹說，目前金剛石合成的主流技術(shù)是高溫高壓法，但該方法在合成的過程中，往往會因為有氮或催化劑進入到金剛石中，導(dǎo)致雜質(zhì)較多, 在電力電子器件等方面的應(yīng)用面臨障礙。
為此，盧英杰等人經(jīng)過艱苦的探索，開發(fā)出化學(xué)氣相沉積方法合成金剛石單晶和克拉級鉆石的工藝。該工藝合成溫度不超過1000度，壓力不到一個大氣壓，同時在合成的過程中不使用催化劑，從而保證了合成金剛石的純度以及鉆石的顏色和凈度，有望用于珠寶首飾、微波及太赫茲窗口、高能粒子探測、以及電力電子器件等領(lǐng)域。