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納米金剛石薄膜應用前景廣闊

關鍵詞 納米金剛石 , 金剛石薄膜|2014-12-30 09:36:22|來源 中國超硬材料網
摘要 研究人員在提升金屬強度的實驗過程中有了意外收獲,他們利用脈沖激光束照射在石墨層,制備出了納米金剛石薄膜(nanodiamondfilms)并實現了光刻燒蝕。該技術在生物傳感器乃至計...
       研究人員在提升金屬強度的實驗過程中有了意外收獲,他們利用脈沖激光束照射在石墨層,制備出了納米金剛石薄膜(nanodiamond films)并實現了光刻燒蝕。該技術在生物傳感器乃至計算機芯片領域具有廣闊的應用潛力。

       上圖描繪了一項新技術的工作原理,利用脈沖激光束將石墨合成納米金剛石薄膜并在石墨上進行光刻,該技術有望應用于傳感器及計算機芯片領域。(圖片來源:普渡大學,Gary Cheng)

       研究人員在提升金屬強度的實驗過程中有了意外收獲,他們利用脈沖激光束照射在石墨層,制備出了納米金剛石薄膜(nanodiamond films)并實現了光刻燒蝕。該技術在生物傳感器乃至計算機芯片領域有巨大的應用潛力。

       “過去我們制備人造金剛石需要高溫高壓環境,而新技術最大的優勢,就是可以選擇性地將納米金剛石微粒沉積在剛性表面,無需苛刻的環境條件。”美國普渡大學(Purdue University)工業工程副教授Gary Cheng說,“因為我們是在室溫下做這個實驗,因而降低了制備金剛石的成本。除此之外,我們還可以將設計好的圖案直接“刻寫”在納米金剛石膜上。”

       這種金剛石薄膜光刻技術具有選擇性,有望應用于生物傳感器、量子計算、燃料電池和新一代計算機芯片等領域。

       該技術利用了多層薄膜結構,包括一個在玻璃蓋板覆蓋下的石墨層。當紫外脈沖激光照射在該材料上,石墨層瞬間被電離形成等離子體,并產生一個向下的壓力。之后,石墨等離子體迅速固化成為金剛石。最上層的玻璃蓋板限制了等離子體的逃逸,使其形成了納米金剛石膜。

       Cheng認為,“這些都是由超小的金剛石微粒和高強度的鍍膜層組成的,因而可以適用于高溫傳感器。”

       該研究成果發表在《自然》的在線期刊《科學報告》(Scientific Reports)上。該論文作者包括前普渡大學博士生Yuefeng Wang,Yingling Yang,Ji Li和Martin Y. Zhang,博士后研究助理Jiayi Shao,博士生Qiong Nian和Liang Tang,以及Gary Cheng。

       該發現源于研究人員進行的一項實驗,當時他們正研究如何利用石墨薄層和納秒脈沖激光(nanosecond-pulsing laser)來提升金屬強度。一名博士生意外發現,激光可以令石墨消失或呈現半透明現象。

       “黑色的石墨層不見了,但是它去哪了呢?”Cheng說到。

       隨后的研究表明,石墨變成了金剛石。普渡大學研究人員將該過程命名為限制型脈沖激光沉積(confined pulse laser deposition,CPLD)。

       為了證實該結構確為金剛石,研究小組利用了一系列技術手段,包括透射電子顯微鏡,X射線衍射分析和電阻測量技術。

       Cheng說,該技術已經通過普渡大學技術轉化部門申請了美國專利。將該研究商業化還需要更多的后續研究。(翻譯:檀澤浩 審校:王忻怡)

       原文鏈接:http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141105203549.htm
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