等離子體工藝可以精確的地控制金剛石性能

阿拉巴馬大學伯明翰分校物理學教授Yogesh Vohra。照片資料來源：阿拉巴馬大學伯明翰分校（UAB）

伯明翰阿拉巴馬大學（UAB）的物理學家們已經完成了五年努力的第一步——創造出新型化合物，這種化合物在耐熱性方面可以超越金剛石，在硬度上幾乎可以與鑽石匹敵。他們得到了美國國家科學基金會（US National Science Foundation）2000萬美元的獎勵資助，用於創造新型材料和利用第四種物質狀態等離子體來改進技術。

與其他三種物質狀態（固體液體和氣體）不同，等離子體在地球上並不存在，但是可以通過加熱並電離中性氣體來得到這種新型物質。在實驗室里，伯明翰阿拉巴馬大學（UAB）物理系教授兼大學學者Yogesh Vohra利用等離子體來製造金剛石薄膜。這種薄膜具有許多潛在的用途，例如，可以用於製造時效期很長的人造關節塗層或維持刀具鋒利度的塗層，還可以製造用於環境的感測器和合成新型超硬度材料。

沃拉和他的同事們製作了一種金剛石薄膜，將包括甲烷等含碳氣體在內的各種氣體排放到真空室中，用微波加熱使其產生等離子體。真空室內的低壓相當於地球表面上方14英里的大氣。四小時後，等離子已經將碳沉積為金剛石薄膜。

伯明翰阿拉巴馬大學（UAB）藝術與科學學院的Vohra及其同事通過在製作金剛石薄膜的同時添加硼，探索如何改變金剛石材料的性質。他們在「材料」網站的論文中報告了他們的研究發現。

在該項研究中，Vohra研究團隊將乙硼烷（B2H6）加入到氫氣/甲烷/氮氣進料氣體中，這樣做產生了驚人的效果。金剛石薄膜中的晶粒尺寸從氫/甲烷/氮氣進料氣體所見的60納米直徑尺寸晶粒突然增加到800納米的微晶直徑尺寸。此外，這種變化僅在加入乙硼烷量很小的情況下發生，等離子體中只有百萬分之一百七十。

通過改變原料氣中乙硼烷的量以及使用光學衍射光譜法，Vohra研究小組發現乙硼烷減少了等離子體中碳氮自由基的數量。因此，Vohra說：「我們的研究清楚地確定了碳氮物物質在金剛石納米結構合成中的作用，向等離子體中加入硼可以抑制碳氮元素。」

由於添加硼也可以將金剛石薄膜從非導體改變為半導體，所以阿拉巴馬大學伯明翰分校（UAB）研究結果為控制薄膜的晶粒尺寸和電學性質提供了新的方法，這對於各種實際應用是很有用處的。

在接下來的幾年裡，Vohra和他的同事計劃探索使用這種等離子體化學氣相微波沉積工藝來製造碳化硼、氮化硼及碳硼氮化合物的薄膜。他們的目標是生產比金剛石更耐熱的化合物，但仍有類似於鑽石的硬度。

原文題目：Plasma process offers fine control over diamond properties，原文來自materialstoday，由材料科技在線團隊翻譯整理

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！