低压成“钻”，人造金刚石制备新策略！

摘要 自18世纪证实了金刚石是由纯碳组成以来，人们就开始了对人造金刚石的研究。目前人造金刚石主要通过高温高压方式制取，大面积制备十分困难，这极大地限制了其广泛应用。浙江工业大学胡晓君教授...

自18世纪证实了金刚石是由纯碳组成以来，人们就开始了对人造金刚石的研究。目前人造金刚石主要通过高温高压方式制取，大面积制备十分困难，这极大地限制了其广泛应用。浙江工业大学胡晓君教授团队创新性地“复原”了化学气相沉积金刚石的生长过程，在低压状态下实现了点“石”成“钻”，为大面积金刚石的合成提供了新的策略和理论依据。

该成果于2022年4月13日被最新一期《美国国家科学院院刊》在线报道。浙江工业大学为文章唯一通讯单位，胡晓君教授为唯一通讯作者，团队成员蒋梅燕博士和陈成克博士为共同第一作者。

石墨如何成“钻”？目前人造金刚石的产业化合成主要有两种：高压高温法和化学气相沉积法。但高温高压法受设备的限制，目前还难以制备大尺寸单晶金刚石；而化学气相沉积需要以天然单晶金刚石为衬底生长单晶金刚石，而天然单晶金刚石受面积所限，依然无法制备大面积金刚石，极大地限制了人造金刚石的应用。

研究人员关注到，与石墨相比，处于热力学亚稳态的金刚石能够在化学气相沉积的低压下形成，其独特的形成机制可定西能蕴藏着一种合成大面积金刚石的方法。但化学气相沉积的生长环境复杂，难以实现原位表征，所以该沉积过程中金刚石的形成机制一直是材料领域科学家们亟待解决的难题。

为攻克这一难题，胡晓君研究团队以“菜花”状的纳米金刚石颗粒为模板，利用缓慢生长的方法，形成瞬时的生长薄层，“复原”了化学气相沉积金刚石的生长过程，发现钽原子能让氢、氧气氛中的石墨自发转化为金刚石（见图一）。

该研究结果发现了化学气相沉积过程中金刚石的形成机制，揭示了低压下石墨转变为金刚石的机理，为大面积金刚石的合成提供了新的策略及理论依据，也为理解其他具有不同杂化电子构型的材料的生长机制提供了一个新角度。

莫干山金刚石研究中心

2022年9月，胡晓君教授团队与内蒙古唐合科技亚硫酰氯有限公司围绕《金刚石制备新方法研究》签订总金额1200万元的重大技术合作协议，并在研究院揭牌成立莫干山金刚石研究中心。中心聚焦国家在宽禁带半导体轴承机材料方面的需求，开展金刚石制备新方法、掺杂及光电性能的基础研究及产业化推广。中心负责人胡晓君教授是浙江-俄罗斯金刚石薄膜及功能器件联合研究中心负责人、浙江省量子信息与智能材料国际科技合作基地负责人，长期在金刚石薄膜等低维超硬功能材料、纳米碳材料和计算材料学等方面开展相关研究。先后承担国家自然科学基金联合重点项目、国家国际科技合作项目、国家重点研发计划及千万级重大横向项目二十余项，在PNAS、Carbon等国际知名期刊发表论文90余篇，授权发明专利30余项。

2022年11月15—17日，胡晓君教授将受邀参加第六届国际碳材料大会金刚石论坛并作《金刚石的制备及n型掺杂新方法》报告。

报告的内容主要包括：

◆1、化学气相沉积过程中金刚石的形成机制，发现金刚石是由石墨相变而来，颠覆了“碳原子形成金刚石结构”的传统观念；发现石墨低压转变为金刚石的机理，颠覆了“石墨高温高压转变为金刚石”的传统观念，为基于石墨低压制备大面积金刚石提供了新策略和理论依据；

◆2、金刚石的n型掺杂：创制了适用于纳米金刚石薄膜的低剂量离子注入工艺、低真空热氧化退火工艺；提出n型密堆积纳米金刚石薄膜新结构，获得高迁移率n型纳米金刚石薄膜；◆3、金刚石的色心发光研究：首次人工制备出少于3个色心的超小尺寸纳米金刚石，其室温发光性能至今保持世界第一，在单光子源高频探针、量子探针等方面有重要应用；发展出提升色心发光强度的普适性方法。

附上相关日程安排，看看有没有感兴趣的报告呀~~