摘要

       香港大學(xué)褚智勤副教授團(tuán)隊(duì)和林原教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新型納米雕刻技術(shù)，利用空氣氧化法實(shí)現(xiàn)了金剛石顆粒的大規(guī)模形貌和納米結(jié)構(gòu)重塑，成功制備出多種獨(dú)特形態(tài)的金剛石顆粒，這一技術(shù)顯著提升了金剛石材料在光學(xué)、量子技術(shù)和信息技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

       關(guān)于文章

       金剛石不僅在珠寶行業(yè)中廣為人知，還因其獨(dú)特的材料特性，如高硬度、高熱導(dǎo)率、寬帶隙和生物相容性等，在電子、光學(xué)、熱學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。在微觀和納米尺度上，金剛石顆粒的幾何形狀和結(jié)構(gòu)直接影響其性能和應(yīng)用效果。然而，由于金剛石的化學(xué)惰性和極高硬度，以及現(xiàn)有合成、制備和加工技術(shù)的局限性，制備具有精確形貌和結(jié)構(gòu)的金剛石納米、微米顆粒一直面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，如何靈活控制金剛石顆粒的形貌和表面結(jié)構(gòu)，已成為材料科學(xué)家亟待解決的 重要課題。

       為了解決這一問題，香港大學(xué)褚智勤副教授團(tuán)隊(duì)和林原教授團(tuán)隊(duì)在最新研究中提出了一種創(chuàng)新的技術(shù)：“可編程納米雕刻”?？紤]到金剛石顆粒具有不同的晶面和內(nèi)部晶體缺陷，且這些結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出不同程度的反應(yīng)活性，研究人員認(rèn)為，空氣氧化作為一種簡單且直接的方法，通過選擇性氧化特定晶體結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的金剛石顆粒形狀工程。該方法通過精確選擇初始金剛石顆粒（包括種子、晶面和缺陷），結(jié)合蒙特卡洛模擬來預(yù)測特定的結(jié)構(gòu)，并在適當(dāng)?shù)难趸瘲l件（如溫度、時(shí)間和氧氣濃度）下進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)所需的金剛石顆粒的重塑。研究團(tuán)隊(duì)成功制備了多種獨(dú)特微觀形貌的金剛石顆粒，包括球形、扭曲表面、錐形、倒錐形、納米花和多孔形等，并通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和蒙特卡洛模擬，建立了一個(gè)形狀庫，用于指導(dǎo)金剛石顆粒的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)際應(yīng)用開發(fā)。

       與傳統(tǒng)的物理或化學(xué)處理方法不同，這種納米雕刻技術(shù)使得研究人員能夠在納米尺度上精確地重塑金剛石顆粒的形態(tài)、表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而有效改變金剛石顆粒的電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)，為金剛石材料在新的應(yīng)用領(lǐng)域開辟了廣闊的前景。例如，在光學(xué)領(lǐng)域，重塑后的金剛石顆粒可以用作高效的光學(xué)器件，充分利用其優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，提升光學(xué)器件的性能和效率；在防偽技術(shù)中，獨(dú)特形貌的金剛石顆粒能夠用于制造難以復(fù)制的防偽標(biāo)識(shí)，從而增強(qiáng)產(chǎn)品的安全性和防偽能力。這些新型金剛石顆粒的應(yīng)用前景使得該技術(shù)在納米材料和多領(lǐng)域應(yīng)用中具有重要的創(chuàng)新意義。

       研究團(tuán)隊(duì)相信，這種納米雕刻技術(shù)的成功，不僅為金剛石材料的應(yīng)用提供了新的視角，也為其他納米材料的精確設(shè)計(jì)和應(yīng)用開辟了提供了新的思路和方法，同時(shí)也會(huì)為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供重要參考。隨著該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)計(jì)它將在納米科技、量子技術(shù)以及高性能材料的領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。

       該研究結(jié)果已發(fā)表在ACS Nano期刊，DOI: 10.1021/acsnano.4c12436，并當(dāng)選為2024年12月19日的ACS Editors' Choice推送文章。

       文章信息

       Scalable Reshaping of Diamond Particles via Programmable Nanosculpting

       Tongtong Zhang, Fuqiang Sun, Yaorong Wang, Yingchi Li, Jing Wang, Zhongqiang Wang, Kwai Hei Li, Ye Zhu, Qi Wang, Lei Shao, Ngai Wong, Dangyuan Lei, Yuan Lin*, Zhiqin Chu*

       ACS Nano

       DOI:10.1021/acsnano.4c12436

來源：Mat+