等離子體氣相沉積制造的納米晶金剛石的壓力已經(jīng)比地球中心的壓力高出近兩倍。 一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，這些新型的納米晶金剛石微砧的制造工藝已被證明是“非常一致的”，并表明“在制造上具有高度的可重復(fù)性”。寶石鉆石（頂部）的平坦表面上的這個(gè)結(jié)塊是納米晶體鉆石，是一般人的頭發(fā)寬度的一半。 

較高的放大倍數(shù)（底部）顯示了納米晶金剛石的顆粒結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)源：UAB

       Yogesh Vohra博士使用等離子體氣相沉積法制造的納米晶金剛石，其壓力已經(jīng)比地球中心高出近兩倍。

       現(xiàn)在，他在“科學(xué)報(bào)告”上發(fā)表的一篇研究報(bào)告中報(bào)告說(shuō)，這些新型納米晶金剛石微砧的制造過(guò)程已被證明是“非常一致的”，并已表明了“制造的高度可重復(fù)性”。

       阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校UAB藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的物理學(xué)教授兼大學(xué)學(xué)者Vohra說(shuō)：“這些結(jié)果鼓舞人們?cè)跇O端的壓力和溫度條件下繼續(xù)研究材料”。

       納米晶體鉆石看起來(lái)像是在三分之一克拉的寶石鉆石平底表面上生長(zhǎng)的一種微小的材料。 為了構(gòu)造該結(jié)塊，該寶石鉆石用中心蝕刻出具有15至20微米的圓的鎢薄膜涂覆。 納米晶金剛石開始在寶石金剛石表面上的那個(gè)圓周上生長(zhǎng)為微小的金剛石晶粒。 通過(guò)加熱甲烷，氫氣和氮?dú)庵瞥傻牡入x子體的氣相沉積形成晶粒。

       等離子體是一種熱的、電離的氣態(tài)物質(zhì)，是繼液體、固體和氣態(tài)之后的第四種物質(zhì)狀態(tài)。納米金剛石的晶粒通常在5到100納米之間。

       Vohra和uab的同事們?cè)诤铣砷_始后的一分鐘、三分鐘和十五分鐘觀察了納米晶的早期成核形態(tài)，他們發(fā)現(xiàn)納米晶金剛石的成核開始迅速，不需要在生長(zhǎng)前表面播種少量的鉆石。相反，在其他一些表面上生長(zhǎng)金剛石需要這樣的種子。

       生長(zhǎng)一分鐘后，電子顯微鏡圖像顯示出單晶寶石金剛石表面有大量的成核點(diǎn)，3分鐘時(shí)，只有小面積的寶石表面沒(méi)有納米晶金剛石的覆蓋，15分鐘后，納米晶顆粒的覆蓋完全而均勻，開始在整個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域聚集在一起。

       生長(zhǎng)在三到六小時(shí)之間減慢，納米晶金剛石傾向于凝聚成半球形結(jié)構(gòu)。 Vohra說(shuō)，這個(gè)幾何形狀在UAB研究人員每?jī)蓚€(gè)階段的生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中一直觀察到。 此外，似乎有一個(gè)幾何生長(zhǎng)極限。

       納米晶塊極大地提高了金剛石微砧所能達(dá)到的壓力。 晶體尺寸為300微米的單晶寶石鉆石，沒(méi)有納米晶體，只能產(chǎn)生75千兆帕斯卡的壓力。 當(dāng)添加納米晶金剛石時(shí)，微砧可以產(chǎn)生多達(dá)500千兆帕斯卡的壓力。 UAB的研究人員希望用他們的納米晶體金剛石微砧達(dá)到1,000千兆帕斯卡或者一千帕斯卡的壓力。 這接近土星行星中心的壓力。

       這種巨大的壓力可能會(huì)產(chǎn)生尚未知的新材料，也可用于研究材料的相變和壓縮行為。 在自然界，如此巨大的地下深處的力量可以把碳變成鉆石，或把火山灰變成石板。

       UAB小組還檢查了金剛石-砧式電池裝置在壓縮和減壓過(guò)程中出現(xiàn)分離的納米晶金剛石微粉。研究人員利用電子力顯微鏡，掃描電子顯微鏡和拉曼光譜，發(fā)現(xiàn)分離失敗發(fā)生在底部表面下方的單晶寶石金剛石砧座的大部分中，而不是在寶石金剛石和納米晶體金剛石結(jié)塊之間的界面處。

       這表明寶石金剛石和納米晶體金剛石結(jié)塊之間的界面粘合強(qiáng)度似乎是相當(dāng)大的，并且界面能夠承受超高剪切應(yīng)力。

       Vohra表示，UAB研究人員將繼續(xù)研究操縱界面處的晶粒尺寸和粘合強(qiáng)度，以優(yōu)化用于高壓研究的納米晶金剛石微砧。