中國粉體網11月13日訊  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。