伯明翰阿拉巴馬大學(xué)（UAB）的物理學(xué)家們已經(jīng)完成了五年努力的第一步——?jiǎng)?chuàng)造出新型化合物，這種化合物在耐熱性方面可以超越金剛石，在硬度上幾乎可以與鉆石匹敵。他們得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（US National Science Foundation）2000萬(wàn)美元的獎(jiǎng)勵(lì)資助，用于創(chuàng)造新型材料和利用第四種物質(zhì)狀態(tài)等離子體來(lái)改進(jìn)技術(shù)。

       與其他三種物質(zhì)狀態(tài)（固體液體和氣體）不同，等離子體在地球上并不存在，但是可以通過(guò)加熱并電離中性氣體來(lái)得到這種新型物質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)室里，伯明翰阿拉巴馬大學(xué)（UAB）物理系教授兼大學(xué)學(xué)者Yogesh Vohra利用等離子體來(lái)制造金剛石薄膜。這種薄膜具有許多潛在的用途，例如，可以用于制造時(shí)效期很長(zhǎng)的人造關(guān)節(jié)涂層或維持刀具鋒利度的涂層，還可以制造用于環(huán)境的傳感器和合成新型超硬度材料。

       沃拉和他的同事們制作了一種金剛石薄膜，將包括甲烷等含碳?xì)怏w在內(nèi)的各種氣體排放到真空室中，用微波加熱使其產(chǎn)生等離子體。真空室內(nèi)的低壓相當(dāng)于地球表面上方14英里的大氣。四小時(shí)后，等離子已經(jīng)將碳沉積為金剛石薄膜。  

       伯明翰阿拉巴馬大學(xué)（UAB）藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的Vohra及其同事通過(guò)在制作金剛石薄膜的同時(shí)添加硼，探索如何改變金剛石材料的性質(zhì)。他們?cè)凇安牧稀本W(wǎng)站的論文中報(bào)告了他們的研究發(fā)現(xiàn)。

       他們已經(jīng)知道了甲烷和氫氣的混合物氣體可以產(chǎn)生由平均直徑大小約為800nm的許多微型金剛石晶體組成的金剛石薄膜。在混合氣體中加入氮?dú)猱a(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)的金剛石（由極小的金剛石晶體構(gòu)成，平均直徑尺寸僅60nm）。

       在該項(xiàng)研究中，Vohra研究團(tuán)隊(duì)將乙硼烷（B 2 H 6）加入到氫氣/甲烷/氮?dú)膺M(jìn)料氣體中，這樣做產(chǎn)生了驚人的效果。金剛石薄膜中的晶粒尺寸從氫/甲烷/氮?dú)膺M(jìn)料氣體所見(jiàn)的60納米直徑尺寸晶粒突然增加到800納米的微晶直徑尺寸。此外，這種變化僅在加入乙硼烷量很小的情況下發(fā)生，等離子體中只有百萬(wàn)分之一百七十。

       通過(guò)改變?cè)蠚庵幸遗鹜榈牧恳约笆褂霉鈱W(xué)衍射光譜法，Vohra研究小組發(fā)現(xiàn)乙硼烷減少了等離子體中碳氮自由基的數(shù)量。因此，Vohra說(shuō)：“我們的研究清楚地確定了碳氮物物質(zhì)在金剛石納米結(jié)構(gòu)合成中的作用，向等離子體中加入硼可以抑制碳氮元素?！?/p>

       由于添加硼也可以將金剛石薄膜從非導(dǎo)體改變?yōu)榘雽?dǎo)體，所以阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校（UAB）研究結(jié)果為控制薄膜的晶粒尺寸和電學(xué)性質(zhì)提供了新的方法，這對(duì)于各種實(shí)際應(yīng)用是很有用處的。

       在接下來(lái)的幾年里，Vohra和他的同事計(jì)劃探索使用這種等離子體化學(xué)氣相微波沉積工藝來(lái)制造碳化硼、氮化硼及碳硼氮化合物的薄膜。他們的目標(biāo)是生產(chǎn)比金剛石更耐熱的化合物，但仍有類似于鉆石的硬度。