5月31日,初夏的哈爾濱陽光明媚。在哈爾濱工業(yè)大學(xué)國際校園內(nèi),一棟棟別具風(fēng)情的歷史建筑前,學(xué)校第十一屆博士生集體婚禮在草坪上啟幕,187對新人如約而至。這兩年,每一對參加集體婚禮的新人都會收到一份來自母校的特殊禮物——一枚鑲嵌鉆石的婚戒。今年,這枚鉆石重達(dá)1克拉。

自然界中,一顆天然鉆石的形成需要在地下深處歷經(jīng)上億年的高溫高壓淬煉。而這顆來自哈工大實(shí)驗(yàn)室的高品質(zhì)鉆石,從“種子”到成品只需要幾天。哈工大航天學(xué)院紅外薄膜與晶體團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人朱嘉琦教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員,歷經(jīng)多年攻關(guān),自主研制出大功率微波等離子體化學(xué)氣相沉積生長裝備,并開發(fā)了高效高品質(zhì)金剛石單晶生長技術(shù)。

在實(shí)驗(yàn)室里“種”鉆石的過程如同微米級的積木搭建??蒲腥藛T將甲烷與氫氣混合后通入反應(yīng)腔,這兩種氣體充當(dāng)“營養(yǎng)液”。在微波等離子體的激發(fā)下,氣體分子解離為活性原子基團(tuán),碳原子開始在“種晶”表面一層一層有序排列。耐心等待,一顆純凈的金剛石單晶便悄然“長成”。經(jīng)過切割、打磨、鑲嵌,這些晶體最終成為戒指上的璀璨焦點(diǎn)。
這枚鉆石由哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院紅外薄膜與晶體團(tuán)隊(duì)及其孵化企業(yè)“碳真芯材”制備,具有極高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。相關(guān)技術(shù)獲得了國家技術(shù)發(fā)明二等獎、黑龍江省技術(shù)發(fā)明一等獎、中國專利金獎及黑龍江省專利金獎、日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎等國內(nèi)外獎項(xiàng)。
朱嘉琦表示,“種”一顆1克拉的鉆石所需時間取決于生長方法和等離子體密度。高品質(zhì)金剛石在大面積上生長,一般速度是每小時幾微米到幾十微米。事實(shí)上,哈工大在人工晶體培育領(lǐng)域早已布局。2004年,學(xué)校曾制備出直徑29厘米、重30公斤的藍(lán)寶石單晶,為當(dāng)時國內(nèi)之最。多年來,團(tuán)隊(duì)已開發(fā)出系列高導(dǎo)熱金剛石復(fù)合材料,構(gòu)建紅外透明光電子學(xué),提出透明吸波體及智能調(diào)光技術(shù),多項(xiàng)成果已產(chǎn)業(yè)化,并獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。
朱嘉琦認(rèn)為,新材料帶來的性能變化是革命性的。相較于自然生成的金剛石,哈工大團(tuán)隊(duì)研制的金剛石顆粒更大、品類也更加齊全。它可以做成金剛石電池,也可以用于量子傳感,還能解決高功率芯片的散熱問題,在各個領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。
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