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鄭州華晶金剛石股份有限公司

實驗室培育的超均勻納米金剛石已成為現實

關鍵詞 超均勻納米金剛石|2022-04-26 09:24:35|來源 rough-polished
摘要 北德克薩斯大學的研究人員開發了一種在不使用炸藥的情況下種植超均勻納米金剛石的方法。小到幾納米的微小寶石對于將藥物輸送到正確的地方,以生產量子計算機的傳感器和處理器至關重要。因此,確...

       北德克薩斯大學的研究人員開發了一種在不使用炸藥的情況下種植超均勻納米金剛石的方法。

       小到幾納米的微小寶石對于將藥物輸送到正確的地方,以生產量子計算機的傳感器和處理器至關重要。因此,確保其恒定大小對于這些技術的成功至關重要。

       “令人驚訝的是,雖然從化學角度來看,鉆石非常簡單 - 它由單一元素碳組成 - 但在納米尺度上制造這種材料非常困難,”該項目的首席研究員Hao Yan在一份媒體聲明中說。

       當該元素的原子在高壓和高溫條件下獲得剛性三維立方體結構時,碳變成金剛石。研究人員此前曾在實驗室中通過在氣密不銹鋼容器中引爆炸藥(如TNT)來制造納米金剛石。

       爆炸將炸藥的碳變成微小的鉆石顆粒。然而,這種粗糙的方法難以控制,并且形成的晶體大小不均勻,這需要額外的步驟來對它們進行分類以用于不同的技術。

       為了開發一種更準確的納米金剛石生產方法,Yan的團隊研究了大自然使用的化學物質和過程。

       “我們意識到,在地幔中形成鉆石的地方含有大量的鐵和鐵碳化合物,包括碳化物和碳酸鹽,”這位科學家說?!爱斕蓟F與地殼和上地幔之間的氧化鐵發生反應時,鉆石就會生長。

       有了這些知識,Yan實驗室的研究生Tengteng Lyu開發了一種模擬行星表面下巖石圈環境的化學過程。

       首先,Lü 創造了與鉆石碳源大小相同的碳化鐵納米顆粒。微小的顆粒散布在整個氧化鐵基質中,類似于碳化鐵是餅干面團中的巧克力片。

       然后,Lü 將來自碳前體的“面團”放置在高壓、高溫環境中,類似于天然鉆石形成的地方?;衔锇l生反應,形成非常均勻的納米金剛石。這種新方法使得獲得寬度達2nm的晶體成為可能,它們之間的差異小于一納米。Yan說,這比任何人在沒有合成后額外處理或純化步驟的情況下都可以做的任何事情都要好一個數量級。

       根據Yan的說法,創造均勻,完美的納米金剛石是一個巨大的成功,但是當這些材料存在缺陷時,例如鉆石結構中的空白空間以及用氮,硅,鎳或其他元素的原子替換相鄰的碳原子時,這些材料可能更有用。

       因為非碳原子會稍微污染材料,所以它們被稱為“色心”。只有一個顏色中心的納米粒子是非??扇〉?,因為它們可以安全地將信息存儲在量子計算機和電信設備中。

       為了轟擊鉆石并將這些元素結合到晶體的結構中,傳統上使用高能原子束,如氮或硅。然而,這種方法無法控制向單個鉆石添加多少個顏色中心,并且需要一個后處理步驟才能生產出具有單原子缺陷的晶體。此外,當鉆石的直徑減小到2-3納米時,這是Yan的團隊現在可以穩定獲得的一系列尺寸,這種使用原子束的方法在能量上變得無利可圖。

       但Yan認為,通過他們的新方法,他們將能夠找到一種方法來替代碳前體“測試”中存在的數千個碳中的一個碳。根據他的估計,他們現在可以使用一個實驗合成過程為幾千臺量子計算機生產足夠的納米金剛石,其單色中心。

 

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