王光祖 衛(wèi)鳳午

　　材料是現(xiàn)代文明三大支柱之一,新材料是新技術(shù)革命的基礎(chǔ)與先導(dǎo)?？v觀人類利用材料的歷史,可以清楚地看到,每一次新材料的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用,都把人類改造自然的能力提高到一個(gè)新的水平,材料科學(xué)的每一次重大突破,都會引起生產(chǎn)技術(shù)的革命,給社會生產(chǎn)和人們生活帶來巨大的變化。

　　從歷史發(fā)展來看,在每一個(gè)文明的時(shí)代,哪一個(gè)國家或地區(qū)首先掌握了這個(gè)時(shí)代的標(biāo)志性技術(shù),就能在國際競爭中一馬當(dāng)先,大幅度地提高自己的生產(chǎn)發(fā)展水平;哪一個(gè)國家率先掌握了先進(jìn)技術(shù),就能在當(dāng)時(shí)的國際競爭格局中取得優(yōu)勢地位。

　　金剛石集許多優(yōu)異性能于一身,除了超硬特性之外,它還具有最高的熱傳導(dǎo)率,優(yōu)良的光學(xué)性能、半導(dǎo)體性能和化學(xué)穩(wěn)定性。今天人造金剛石的應(yīng)用己經(jīng)涉及眾多的領(lǐng)域,可以毫不夸張地說,沒有人造金剛石便沒有現(xiàn)代化工業(yè)。盡管如此,相對于金剛石的應(yīng)用潛力而言,到目前為止我們才僅僅開發(fā)利用了一小部分,金剛石的應(yīng)用可以說還處于初級階段。

　　金剛石在工業(yè)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用,概括地說,是用作工程材料和功能材料的。自人造金剛石問世后的半個(gè)多世紀(jì)里,它主要是用來作為工程材料的,例如制造磨具、鉆探工具、鋸切工具、切削工具等,為工業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代化作出了巨大的貢獻(xiàn),半個(gè)多世紀(jì)過去了,我們認(rèn)為這僅僅是其應(yīng)用開發(fā)本義的冰山一角,更精彩誘人的應(yīng)用前景還在后頭。

　　功能材料是指那些具有可用于工業(yè)和技術(shù)中的有關(guān)物理和化學(xué)功能,如光、電、磁、聲、熱等特殊性能的各種材料,包括電功能材料、磁功能材料、光功能材料、超導(dǎo)材料、智能材料、儲氫材料、生物材料、醫(yī)學(xué)材料、組織工程材料、納米藥物載體、功能膜等。

　　金剛石膜是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種全新的金剛石產(chǎn)品。由于它突破了以靜壓法為代表的傳統(tǒng)人造金剛石在尺寸上的限制,使得金剛石的光學(xué)、熱學(xué)、電子學(xué)方面的優(yōu)異性能得以利用。

　　隨著大單晶金剛石合成技術(shù)的進(jìn)一步提高和成本下降,金剛石的應(yīng)用范圍和市場將會迅速擴(kuò)大,尤其是一旦金剛石半導(dǎo)體研制成功,人類將迎來繼鋼鐵時(shí)代和單晶硅時(shí)代后的更為輝煌的金剛石時(shí)代,現(xiàn)在我們己經(jīng)看到了這個(gè)時(shí)代的黎明曙光。

　　1 在醫(yī)療中的應(yīng)用

　　1.1 在醫(yī)學(xué)測溫技術(shù)領(lǐng)域中的新應(yīng)用

　　科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),金剛石晶體內(nèi)的單原子雜質(zhì)(通常被一個(gè)氮原子或一個(gè)空位所代替)對于溫度變化非常敏感,這樣的溫度波動對于保持量子比特來說可能是一種技術(shù)障礙,而將之用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的生物體溫度測量卻十分有用。

　　在哈佛大學(xué)進(jìn)行的這項(xiàng)研究中,工作者將一個(gè)100nm的金剛石粒子置入人體細(xì)胞中,然后用綠色激光照射該金剛石粒子。由于激光改變了雜質(zhì)內(nèi)電子的自旋狀態(tài),發(fā)射出的綠色激光經(jīng)過納米金剛石粒子后便變成了紅色激光。激光顏色改變的程度便可以用來測量人體細(xì)胞內(nèi)的溫度變化。

　　這種基于納米金剛石粒子的高精度溫度差測量技術(shù),在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以幫助醫(yī)生們區(qū)別人體內(nèi)的致癌細(xì)胞并及時(shí)做出醫(yī)療診斷,納米金剛石材料的應(yīng)用前景也因此更為廣闊。

　　1.2 納米金剛石用于提高白血病的化療效果

　　Daunorubicin(柔毛霉素)是目前常用治療白血病的藥物。該藥物會讓癌細(xì)胞增長時(shí)間變慢或停止,并造成大多數(shù)癌細(xì)胞死亡。然而,它也會讓白血病細(xì)胞對該藥物產(chǎn)生耐藥性,藥物輸入白血病細(xì)胞中會積極排出化學(xué)治療物,包括柔毛霉素。

　　新加坡國立大學(xué)和加州大學(xué)的科學(xué)家轉(zhuǎn)向研究納米金剛石作為解決藥性的一個(gè)選題,以研究納米金剛石可能克服耐藥性的生物學(xué)原理。

　　科學(xué)家將柔毛霉素結(jié)合至納米金剛石表面,后被引入到白血病細(xì)胞內(nèi)。發(fā)現(xiàn)納米金剛石能把藥物運(yùn)輸?shù)桨┘?xì)胞內(nèi)而不被排出。納米金剛石由于其非入性的大小和獨(dú)特的表面特性,可以很容易釋放,而不堵塞血管。

　　從事這項(xiàng)研究的周博士說:使用納米金剛石提供了一個(gè)理想的生物兼容性復(fù)合物,且是理想的治療運(yùn)輸工具,可以增強(qiáng)治療的效果。目前的目標(biāo)之一就是確定藥物會很好地被納米金剛石運(yùn)輸?shù)教囟ǖ募膊∧Ｐ?這將有利于在未來對病人進(jìn)行的治療。

　　對納米金剛石進(jìn)一步系統(tǒng)研究和安全性評估,將有望實(shí)現(xiàn)它能完全投入使用,并希望研究工作能應(yīng)用至臨床中治療白血病,不會出現(xiàn)柔毛霉素治療的情況。

　　美國食品與藥品管理局(FDA)已經(jīng)通過了納米注射混懸液(Abraxane)研究成果,這將有助于加速研制出新型的治療癌癥的納米治療藥物和成像技術(shù)。

　　1.3 使用納米金剛石輸送腦瘤化療藥物

　　加州大學(xué)瓊森綜合癌癥中心的研究人員研發(fā)出一種創(chuàng)新性藥物輸送系統(tǒng),利用納米金剛石的微小顆粒來輸送化療藥物,且達(dá)腦部腫瘤處。該新型治療方法能有效地殺死癌細(xì)胞,與現(xiàn)有治療方法相比,副作用發(fā)生機(jī)率極低

　　阿霉素是一種常見的化療劑。直接注射進(jìn)腫瘤處時(shí),擔(dān)當(dāng)藥物來治療腫瘤。加州大學(xué)牙科學(xué)院迪安·何讓阿霉素分子附在納米金剛石表面,創(chuàng)造出一種化合物ND-DOX。

　　研究發(fā)現(xiàn),腫瘤的ND-DOX水一直保持穩(wěn)定超過單獨(dú)注射阿霉素,顯示出附著在納米金剛石上的阿霉素進(jìn)入到腫瘤中且保留時(shí)間更長。還發(fā)現(xiàn),ND -DOX能增加癌細(xì)胞的死亡,且減少神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞存活性。

　　研究笫一次顯示出ND-DOX運(yùn)輸有限量的阿霉素,分散在腫瘤外部。這一運(yùn)輸方式減少了毒副作用,并確保藥物在腫瘤處的時(shí)間更長,增加藥物殺死腫瘤的有效性,而不影響周邊的組織。

　　2 在微電子機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　金剛石的熱導(dǎo)率和電阻率是所有物質(zhì)中最高的,利用金剛石的這些特性,在電子元器件材料表面沉積納米金剛石薄膜,可以大大縮小原來元件中用于散熱的部件尺寸,這不僅解決了導(dǎo)熱問題,而且也提供了制作超大規(guī)模集成電路的可能。膜層對導(dǎo)體也起到了絕緣保護(hù)的作用,避免了元件之間的相互干擾。

　　阿貢國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的超納米金剛石(UNCD)薄膜及ADT(Advanced Diamond Technologies Inc.)有關(guān)產(chǎn)品可以用來制備MEMS/NEMS器件。例如射頻振蕩器、加速度計(jì)、AFM探針、微電機(jī)。

　　3 光學(xué)性能的應(yīng)用

　　3.1 導(dǎo)彈紅外視窗

　　比較常用的紅外窗口材料有ZnS和ZnSe。這兩種材料雖然有很好的紅外線透過能力,但其物理特性比較脆弱,容易受損傷。而在軍事和非常規(guī)用途上,對紅外窗口的要求非常嚴(yán)格。這些設(shè)備經(jīng)常工作在非常惡劣的條件下,例如,用于導(dǎo)彈的紅外窗口在導(dǎo)彈發(fā)射后,不但運(yùn)行于高速狀態(tài),同時(shí)還要經(jīng)受風(fēng)沙雨雪考驗(yàn)。金剛石膜是一種優(yōu)質(zhì)的表面材料,金剛石具有紅外增透特性,同時(shí)金剛石膜又是作為紅外窗口的一種良好的減反射膜材料。此外,金剛石的高導(dǎo)熱、耐磨等特性,也可以很好地保護(hù)紅外窗口免受外界沖擊。因此,在紅外窗口表面鍍金剛石膜,完全解決了軍工航天領(lǐng)域?qū)t外窗口應(yīng)用的各種問題。

　　美國洛克希德導(dǎo)彈和空間公司,已采用低壓氣相合成的金剛石膜制造大氣動能武器導(dǎo)彈攔截器的窗口,在硅片上雙面鍍金剛石膜,可增加透光率26%,該窗口可承受嚴(yán)酷的高速飛行,而不會產(chǎn)生由于飛行-光學(xué)效應(yīng)引起的窗口發(fā)射。

　　3.2 用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的新型金剛石透鏡

　　從1985年開始,壓縮盤和CD就成了標(biāo)準(zhǔn)的音樂、數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和游戲的存儲介質(zhì),由于對存儲盤的存儲能力要求不斷增加,未來一代的光學(xué)媒介需要有較高的存儲能力。這種趨勢在DVD和它的后續(xù)產(chǎn)品Blu-Ray(藍(lán)光雷射)盤上就已顯現(xiàn)出來。金剛石透鏡是下一代存儲技術(shù)的核心部件,它的存儲能力將能達(dá)到每張盤1TB(1000GB)以上。

　　提高數(shù)據(jù)存儲密度的關(guān)鍵,是能制造出能利用短波來工作的小透鏡。通過技術(shù)上的改進(jìn)來增加盤的存儲容量,即通過減小激光讀出器的波長和增加聚焦透鏡的數(shù)字光柵(NA)。這就要獲得高的NA值,所用的材料相當(dāng)重要,在使用中要有高的折射率和透明度,而金剛石正是適合于這些條件的首選材料。

　　元素六公司通過化學(xué)治汾沉積法獲得的人造金剛石是一種符合需要的理想光學(xué)材料。透鏡生產(chǎn)商取得了一項(xiàng)重要的技術(shù)突破,使透鏡將能存儲大量的數(shù)據(jù),以滿足商業(yè)化的需求。這也是金剛石加工技術(shù)在微觀領(lǐng)域的新進(jìn)展,同時(shí)也是金剛石多功能性的展示。

　　3.3 用于隱身材料

　　近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種探測手段越來越先進(jìn),例如,用雷達(dá)發(fā)射電磁可以探測飛機(jī),利用紅外探測器也可以發(fā)現(xiàn)放射紅外線物體。當(dāng)前,世界各國為了適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要,提高在軍事對抗中的實(shí)力,也將隱身技術(shù)作為一個(gè)重要的研究對象,其中隱身材料在隱身技術(shù)中占有重要地位。用少量的納米金剛石懸浮在涂料中,將其噴涂在飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、軍艦上,可以起隱形防腐作用。

　　為什么超微粒子,特別是納米粒子對紅外和電磁波有隱身作用呢?主要原因有兩點(diǎn):一方面由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外和雷達(dá)波波長,因此納米微粒材料對這種波長的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多,這就大大減少了波的反射率,使得紅外探測器和雷達(dá)接收到反射信號變得很弱,從而達(dá)到隱身的作用;另一方面,納米微粒材料的表面積比常規(guī)粗粉大了3～4個(gè)數(shù)量級,對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多,這就使得紅外探測器和雷達(dá)得到的反射信號強(qiáng)度大大降低,因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo),起到了隱身作用。目前,隱身材料雖在很多方面都有廣闊的應(yīng)用前景,但當(dāng)前真正發(fā)揮作用的隱身材料大多使用在航天航空及與軍事有密切關(guān)系的部件上。對于上天的材料有一個(gè)要求是重量輕,在這方面納米材料是有優(yōu)勢的,特別是由輕元素組成的納米材料在航空隱身方面應(yīng)用十分廣泛。

　　4 在檢測器和傳感器中的應(yīng)用

　　負(fù)責(zé)CMS實(shí)驗(yàn)的CERN科學(xué)家Anna Dabrowski說:我們的CMS實(shí)驗(yàn)室主要依靠人造金剛石的穩(wěn)定性對大型強(qiáng)子對撞機(jī)光束和對撞過程中產(chǎn)生的粒子進(jìn)行監(jiān)測。這種基于金剛石技術(shù)的系統(tǒng),其穩(wěn)定性對于保護(hù)66 000 000通道像素跟蹤的敏感元件有重要作用。(NOVEL MATERIAS:Synthetic diamond offers much more than heat sinking)

　　除粒子檢測外,這方面的應(yīng)用還有:

　　利用帶有氮空位中心的單晶金剛石研發(fā)微型磁力計(jì)并通過磁場的強(qiáng)度和方向進(jìn)行傳感。

　　利用金剛石的惰性和摻硼傳導(dǎo)能力來生產(chǎn)高度可逆的電化學(xué)傳感器。

　　利用兩極電化學(xué)電池中的摻硼金剛石替代腐蝕性液體,減少有害化學(xué)品,實(shí)現(xiàn)環(huán)保型電池的生產(chǎn)。

　　5 在聲學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　5.1 用作制作高保真的聲學(xué)器件

　　金剛石具有最高的傳聲速度(C=18.5km/s)和適度的內(nèi)阻尼因素,用其薄膜制備的振動膜具有優(yōu)異的高頻響應(yīng)特性,而材料的HRF值隨著傳聲速度的增加而增加,可達(dá)63k Hz。信號噪聲比也隨傳聲速度的增加而增加,而高的號噪聲比才能產(chǎn)生清晰的聲音。由于DF和DLC的HRF較大,屬于最理想的中高音振膜材料,可用來制造高檔保真(High-Fidility,簡稱Hi-Fi)聲學(xué)器件。

　　多晶金剛石涂覆的陶瓷振膜已用做高檔立體聲揚(yáng)聲器的高頻振膜。國際上DLC涂層振動膜已接近商品化,DF振動膜與商品化尚有距離。

　　5.2 空間探測器“旅行者1號”攜金剛石留聲機(jī)針駛離太陽系

　　近日,美國航天局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)表聲明,于1977年發(fā)射的“旅行者1號”探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)顯示,它已抵達(dá)太陽系邊緣。

　　這個(gè)肩負(fù)著追尋宇宙文明使命的航天器,最特別之處就是在于它攜帶了一張銅質(zhì)磁盤唱片,唱片有12英寸厚,鍍金表面,內(nèi)藏金剛石留聲機(jī)針。金剛石具有高的楊氏模量和彈性模量,便于高頻聲學(xué)波高保真?zhèn)鬏?是做揚(yáng)聲器高頻振膜最理想的材料。

　　一封寫給地外文明的“信”也因其獨(dú)有的金剛石留聲機(jī)針裝置,將有效使用時(shí)間延長到了十億年之后。遠(yuǎn)離太陽系后,“旅行者1號”還將攜帶著地球人的問候以每秒17公里的速度向銀河系中心駛?cè)ァ?br/>

　　5.3 用作射頻微電機(jī)及SAW器件的理想材料

　　UNCD具有在所有材料中聲速最高、功耗低(Q值高)、頻率溫度系數(shù)低以及在高的頻率/功率下的線性頻率響應(yīng),使其成為GHz頻段上射頻微機(jī)電器件的理想材料。采用UNCD將射頻濾波器和開關(guān)與性能微電子直接集成來達(dá)到增強(qiáng)性能,并且能極大地減小器件的尺寸。

　　金剛石膜聲表面速度可達(dá)到9000～0000m/s,在目前所有材料中最高。因此,用金剛石膜可制造出頻率最高的SAW器件。另外,金剛石的高導(dǎo)熱率使得SAW器件能夠承受更高的功率。日本住友電氣公司在硅基金剛石膜基片SAW器件的制造方面處于世界領(lǐng)先水平。2002年已經(jīng)能夠做到5GHz。

　　6 用于磁性錄音系統(tǒng)

　　首先,納米金剛石在磁帶和磁盤的鐵碌磁鍍膜中的應(yīng)用是作為減磨的添加劑和物理的變性劑;其次,將其添加到電化學(xué)的復(fù)合鍍膜中,可改善磁性錄音的穩(wěn)定性。

　　磁性納米微粒由于尺寸小,具有單磁疇結(jié)構(gòu)、矯沛頑力征很高的特性,用它制作磁記錄材料可以提高信噪比,改善圖像質(zhì)量。作為磁記錄單位的磁性粒子的大小必須滿足以下要求:

　　(1)顆粒的長度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于記錄波長;

　　(2)粒子的寬度應(yīng)該遠(yuǎn)小于記錄深度;

　　(3)一個(gè)單位的記錄體積中,盡可能有更多的磁性粒子。

　　納米金剛石添加到鐵磁層明顯的能減少磁疇(鐵磁體的顆粒),即錄音密度能明顯地增大。

　　納米金剛石引入到磁頭潔凈的專用膜中,其耐磨性明顯地增大。

　　含有納米金剛石的軟磁信息載體具有以下優(yōu)越性:磁載體層磨損下降、摩擦減少和運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性提高。

　　與純CoP鍍膜比較,CoP-納米金剛石軟磁的非晶膜顯示,顯微硬度增大30%,耐磨性提高3.5倍,摩擦系數(shù)減少28.6%,磁頭鐵芯的使用壽命增加1倍。

　　7 在場發(fā)射顯示器中的應(yīng)用

　　場發(fā)射顯示器(Field Emission Display,FED)是一種新型自發(fā)光平板顯示器。

　　金剛石有比較低的逸出功,電子較容易通過表面勢壘而成為場發(fā)射的電子,這是作為場發(fā)射陰極最重要的條件。此外,金剛石膜還具有一系列優(yōu)異的性能,如極高的硬度、導(dǎo)熱性極佳、光透性好、化學(xué)性能穩(wěn)定等,這些都是場發(fā)射陰極的有利條件。因此,用金剛石膜來做冷陰極成為研究熱點(diǎn)之一,并取得了相當(dāng)?shù)某晒?br/>

　　需要指出的是,高質(zhì)量的金剛石幾乎不導(dǎo)電,難以做成直接用來作場發(fā)射顯示器的陰極。目前,用來作場發(fā)射陰極的是類金剛石膜或摻N、H等元素的金剛石膜。如今在大多數(shù)實(shí)際研究中,一般采用sp3含量較高的類金剛石膜并摻N、H等元素后作為場發(fā)射材料。

　　冷陰極場發(fā)射顯示器因?yàn)榫C合了當(dāng)前各種顯示器的優(yōu)點(diǎn),其前景備受方方面面的一致看好,被認(rèn)為是顯示器的“明日之星”。

　　8 電子信息行業(yè)

　　在電子信息領(lǐng)域中,超硬材料切割工具主要用于電子元件用晶體材料加工、IC(集成電路)封裝材料切斷加工、光電子元件模塊的光學(xué)部件加工、視聽顯示器件模塊部件的加工等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,IC集成度越來越高,功能模塊化設(shè)計(jì)推陳出新,相應(yīng)的加工工序?qū)Τ膊牧瞎ぞ叩囊笠苍絹碓礁?同時(shí)也促進(jìn)了電子信息領(lǐng)域用超硬材料切割工具的發(fā)展。

　　目前電子信息領(lǐng)域用超硬材料工具市場大部分還是被國外產(chǎn)品所占據(jù),主要是日本DICO、ASAHI、MITSUBISH,美國ITI、MTI、UKAM,韓國EHWA、SHINHAN,瑞士WALL等公司。對此,國內(nèi)已進(jìn)行了有針對性的開發(fā),其中三磨所做了大量開發(fā)工作,部分產(chǎn)品性能達(dá)到或接近國外產(chǎn)品性能。

　　9 在熱學(xué)性能方面的應(yīng)用

　　9.1 新型固態(tài)激光器

　　將金剛石用作固態(tài)激光器材料為設(shè)計(jì)小而緊湊的固態(tài)激光器帶來了新的機(jī)遇,這些激光器將具有更強(qiáng)的功率承載能力,并在當(dāng)前無法獲得的波長下進(jìn)行,因而會開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。金剛石擁有獨(dú)特的光學(xué)和熱學(xué)綜合特性,因此非常適合于這些應(yīng)用,元素六生產(chǎn)的最新單晶CVD材料就充分利用了這些特性。例如,拉曼激光器已經(jīng)利用硅等材料被開發(fā)出來,而且正被用于電信領(lǐng)域,而利用金剛石則可以將其性能提升至新的功率水平和更多的波長。

　　由于熱量問題,目前的幾代連續(xù)波固態(tài)拉曼激光器被局限于區(qū)區(qū)幾瓦功率。金剛石具有很強(qiáng)的導(dǎo)熱性和較低的熱膨脹系數(shù),因而擁有更大的功率氶載能力。從事此項(xiàng)研究的Kemp博士指出:“激光工程中最不受關(guān)注但卻最普遍的問題是如何處理熱能,尤甚是當(dāng)你希望在小封裝中實(shí)現(xiàn)高性能的時(shí)候。在高功率拉曼激光器中這一問題尤為突出,因?yàn)槟軌虺蔀楹芎玫睦D(zhuǎn)換器的晶體通常導(dǎo)熱性很差,于是金剛石便有了它的用武之地。金剛石的導(dǎo)熱性比常用的拉曼旋光晶體高出兩到三個(gè)數(shù)量級,它應(yīng)是一種出色的拉曼介質(zhì),我們能夠?qū)崿F(xiàn)更高的輸出功率?！贝送?與目前使用的拉曼旋光晶體相比,金剛石改變波長的能力更強(qiáng)一些,這可能會增加它的應(yīng)用潛力。Chris Wort說:“與傳統(tǒng)的拉曼介質(zhì)相比,金剛石擁有更高的拉曼增益系數(shù)和更大的拉曼位移?！?br/>

　　9.2 熱沉應(yīng)用

　　CVD金剛石具有和單晶IIa型金剛石同樣的最高熱導(dǎo)率,使它在最活躍的迫電子、光電子、光通訊等領(lǐng)域中作為高功率密度的高端器件的散熱元件得到廣泛的應(yīng)用。主要應(yīng)用在激光二極管及陣列、高速計(jì)算機(jī)CPU芯片多維集成電路、軍用大功率雷達(dá)微波行波管導(dǎo)熱支撐桿、微波集成電路基片、集成電路封裝自動鍵合工具TAB等高技術(shù)領(lǐng)域。

　　當(dāng)前集成電路,激光二極管列陣等大功率高密度器件的應(yīng)用越來越廣泛,但隨著管芯溫度的升高,使用壽命和性能則大為縮短。而高熱導(dǎo)率的金剛石熱沉可以盡快將熱量導(dǎo)出,從而減小溫升。

　　10 高溫、高頻半導(dǎo)體材料應(yīng)用

　　CVD金剛石是一種性能優(yōu)異的高溫、寬帶隙半導(dǎo)體材料,其電子和空穴載流子遷移速度極高。CVD金剛石半導(dǎo)體其工作最高溫度可達(dá)到600℃以上,這是金剛石材料被定格的終極應(yīng)用。CVD代替目前最廣泛應(yīng)用的鍺、硅和砷化鎵半導(dǎo)體材料,將成為半導(dǎo)體材料和技術(shù)發(fā)展的里程碑。因此,材料學(xué)家預(yù)測,CVD半導(dǎo)體器件的問世是電子技術(shù)的一場革命。目前CVD金剛石二極管、場效應(yīng)二極管以及在惡劣環(huán)境下使用的多種光敏-壓敏-熱敏半導(dǎo)體器件已研制成功,并開始應(yīng)用和進(jìn)入市場。

　　11 電化學(xué)和幅射探測學(xué)應(yīng)用

　　CVD金剛石的電絕緣、寬禁帶、抗幅射以及特有的電負(fù)性特點(diǎn),使它在核反應(yīng)、高能粒子加速器的探測器應(yīng)用獲得成功。同時(shí),具有高靈敏度的CVD金剛石放射性探測器在腫瘤的治療、放射性污染檢測和處理中做出了很好的貢獻(xiàn)。由于其具有非常寬的電化學(xué)窗口(＞3V)和極好的化學(xué)惰性,摻雜的CVD金剛石電化學(xué)電極已經(jīng)開始在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域如有害污染檢測和污水處理中得到應(yīng)用。

　　12 愿望潛力

　　(1)值得注意的是,單晶CVD金剛石制作的超高強(qiáng)度砧座可用于新材料合成與基礎(chǔ)科學(xué)研究的新一代高壓試驗(yàn)裝置。元素六公司作為研制CVD金剛石的領(lǐng)先企業(yè),目前正積極開發(fā)利用這種材料的尖端性能,這可能對本世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。

　　(2)用CVD金剛石這種寬能帶隙材料制造的固體電路器件,具有不同于硅器件的優(yōu)越特性,有可能改善現(xiàn)有電氣設(shè)計(jì)與電路布局,從而影響宇航工業(yè)未來動力電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

　　(3)金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管一直被認(rèn)為是采用CVD金剛石制造的最有發(fā)展前景的器件之一。因?yàn)榻饎偸c傳統(tǒng)的半導(dǎo)體相比,具有在更高溫度和更高擊穿電壓下工作的能力。與電子線路中應(yīng)用的具有競爭力的材料如硅和砷化鎵等相比,單晶CVD金剛石的內(nèi)在固有性質(zhì)顯然更為優(yōu)越,在高科技中的應(yīng)用具有強(qiáng)勁需求。新型電子器件的應(yīng)用以期改進(jìn)微波功率電子設(shè)備,有可能將引起微波功率電子設(shè)備的大變革。

　　(4)用單晶CVD金剛石制作的高數(shù)值孔徑透鏡,用于近場光信息存儲可使光盤的信息容量大為提高,有可能提高到150GB以上。據(jù)稱,理論信息容量可高達(dá)550GB。

　　(5)值得提及的是,金剛石微波透射窗是目前德國和日本正在進(jìn)行的核聚變試驗(yàn)的關(guān)鍵部件,也是正在法國建造的國際熱核試驗(yàn)反應(yīng)堆的重要部件。由于CVD金剛石對微波能的吸收率低,但熱導(dǎo)率高,而且介電常數(shù)小,因而在微波應(yīng)用中是至關(guān)重要的材料。

　　(6)如果量子級超高純度單晶質(zhì)CVD金剛石在量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用獲得成功,將極大地提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度,快速搜索查找浩如煙海的數(shù)據(jù)庫并建立復(fù)雜的計(jì)算模型,就有可能迅速破譯極其復(fù)雜的密碼。目前各國軍事機(jī)構(gòu)均不遺余力支持量子計(jì)算機(jī)的研制,可以說,這種超純度各向同性量子單晶質(zhì)CVD金剛石的研制成功,標(biāo)志著CVD技術(shù)合成金剛石發(fā)展的一個(gè)里程碑。

　　(7)ADT公司成功研制的UNCD Horigon,是迄今世界上最光滑的UNCD薄膜,標(biāo)志著CVD金剛石技術(shù)水平一個(gè)劃時(shí)代的躍進(jìn),使金剛石薄膜的表面光潔度達(dá)到了電子級硅晶片的水平,開創(chuàng)了金剛石薄膜在電子器件和生物醫(yī)學(xué)器件上多樣化應(yīng)用的新時(shí)代。

　　(8)在21世紀(jì),世界各國的具有開拓創(chuàng)新、勇于挑戰(zhàn)自我的科技工作者,都不約而同地把目光投向一種新型材料——納米材料,而納米金剛石是納米材料家族中的一個(gè)非常重要的成員。納米和納米以下的結(jié)構(gòu)是未來科技發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn),它既是一次技術(shù)革命,又是一次產(chǎn)業(yè)革命。由于納米金剛石具有奇特的物理-機(jī)械性能,因此,它是一種具有重要理論研究和應(yīng)用研究價(jià)值的材料。相信,其開發(fā)應(yīng)用一定會推動人類科技迅速的發(fā)展,給人們帶來更多的物質(zhì)利益和福音。從已開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域就不難預(yù)言其潛在前景是美好的。

　　13 理念

　　從上述不多的信息中,應(yīng)該初略地感覺到金剛石其功能應(yīng)用的端倪,并預(yù)示著她精彩的未來。為使那光輝燦爛的美景早日到來,我們必須:

　　(1)一馬當(dāng)先,比別人多想幾步。做事的時(shí)候只要能夠比別人多想幾步,你便可超越他人。一個(gè)成功者之所以能成功,其實(shí)并沒有什么秘訣,只不過有著比平常人多想幾步的習(xí)慣罷了。

　　在成功的道路上,“埋頭苦干”固不可少,但也不可忽視“抬頭看路”。比別人多想幾步,有時(shí)非但不會浪費(fèi)時(shí)間,還會使自己對未來擁有更充分、更全面地了解和把握,從而更接近成功的目標(biāo)。

　　在現(xiàn)實(shí)生活中,多想幾步,也就是說具有一定的遠(yuǎn)見卓識,將會給我們帶來極大的、意想不到的價(jià)值。

　　(2)馬上行動,成功源于行動。如果沒有行動,再好的計(jì)劃也只能停留在原地,再美麗的夢想都等于零。萬事始于心動,成于行動,行動是成功的階梯。只有行動才能將心中的想法轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自己的宏偉目標(biāo)和理想。

　　行動的力量無比巨大,它可與天比高,與地比厚,世界萬物都始于行動,有了行動,你才可能成功地完成每一件事。只要我們愿意行動,那么成功就會屬于我們。

　　(3)立馬做第一個(gè)吃螃蟹的人。魯迅先生曾稱贊過:“第一個(gè)吃螃蟹的人是很值得佩服的,不是勇士誰敢去吃它呢?”凡是敢于第一個(gè)吃螃蟹的人都具有冒險(xiǎn)的精神,正是這種精神,始終是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的最重要的動力。美洲發(fā)現(xiàn)新大陸,是哥倫布海上探險(xiǎn)的結(jié)果;鐳的發(fā)現(xiàn),居里夫人的貢獻(xiàn)使原子彈爆炸成為可能。

　　要做第一個(gè)吃螃蟹的人,就得對任何事情都不能輕易說“不”,因?yàn)楹芏嗍虑橹挥凶约喝プ隽?才能得知其中的奧秘;只有大膽去做了,才會明白原來有些事情并非高不可攀。正如福特汽車總裁菲利普所言:“假如缺乏冒險(xiǎn)精神,今天就沒有了電源、鐳射光束、飛機(jī)、人造衛(wèi)星或汽車。成千上萬的成果將不可能存在。”所以,第一個(gè)吃螃蟹的人是這個(gè)世界上不可缺少的人。要牢記“空談?wù)`國,實(shí)干興邦”,我們做人就要爭做第一個(gè)吃螃蟹的人。