人造金刚石技术新突破:六方金刚石合成成功
AI导读:
吉林大学团队成功合成出高质量六方金刚石块材,硬度超过天然金刚石的40%,为超硬材料和新型碳材料添加了性能更为优异的新成员。我国人造金刚石领域技术持续突破,为电子信息、航空航天等领域应用开辟了新的可能。
人造金刚石领域再迎技术突破。“吉林大学”微信公众号11日发文称,已发现了高温高压下石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径,并“首次”合成出高质量六方金刚石块材。该成果为突破立方金刚石的应用局限提供了可能。
钻石,即金刚石,不仅是宝石,更是集极高硬度、极耐磨、极高热导率等优异性能于一体的材料。吉林大学物理学院高压与超硬材料全国重点实验室团队联合中山大学朱升财教授等近日取得了重大突破,发现了高温高压下石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径,并合成出高质量六方金刚石块材,发现其具有高出立方金刚石的极高硬度和良好的热稳定性。该研究成果已在全球著名的学术期刊《Nature Materials》上发表。
具体而言,该研究是在30GPa、1400℃的条件下,成功制备出毫米级高取向六方金刚石块材。六方金刚石硬度高达155±9GPa,超过天然金刚石的40%以上,真空环境下其热稳定性可以达到1100℃。
据介绍,人工合成纯相六方金刚石是长期未能攻破的科学难题,该成果提供了一种纯相六方金刚石人工合成的有效途径,为超硬材料和新型碳材料添加了性能更为优异的新成员。
对于这一技术突破,超硬材料产业链人士表示,目前金刚石的主要用途是耐磨材料,应用领域主要在磨料、磨具上,未来如能量产,按硬度指标测算,用量会减少40%以上。此外,从晶体结构来看,六方金刚石的导热性可能会更好,未来量产后还会应用到半导体散热等领域。
近年来,我国人造金刚石领域的技术突破频出。去年12月,北京大学东莞光电研究院成功开发出能够批量生产大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜的制备方法。今年2月10日,宁波大学物理科学与技术学院联合燕山大学高压科学中心团队,成功合成出硬度达276GPa的超细纳米孪晶金刚石块材,再度刷新材料硬度纪录。
国家超硬材料产业基地首席专家王秦生介绍,我国是人造金刚石主要生产国,人造金刚石产量占全球总产量90%以上。对于近期业内不断涌现的新技术,王秦生表示,目前人造金刚石的制备方法主要为高温高压法(HTHP)和化学气相沉积法(CVD),其他新方法的产业化仍面临技术成熟度、设备材料匹配度以及成本控制等难题。
据悉,上市公司层面,力量钻石、黄河旋风、惠丰钻石、国机精工、中兵红箭、四方达、沃尔德等人造金刚石主要企业已纷纷加大技术创新和研发投入。其中,中兵红箭的功能金刚石产品可用于半导体、光学、散热、量子等领域;力量钻石致力于研究半导体散热功能性金刚石材料。
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