《东方今报》头版:单崇新:最年轻“中原学者” 造出纯度99.99999%人工钻石
发布人:刘超  信息来源:新闻中心  发布日期:2016.12.19  阅读次数:14252 
《东方今报》头版、A11版
                  单崇新:最年轻“中原学者” 造出纯度99.99999%人工钻石
                  他造出纯度99.99999%人工钻石 预计比天然钻石便宜近一半
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  ▶提起郑州大学物理工程学院院长、博士生导师单崇新教授,很多在国际领先的科研成果都能和他的名字联系起来。他取得的科研成果多次被美国耶鲁大学、加州大学同行在国际顶级期刊等引用和评述。近日,他带领团队用新方法合成克拉级高品相钻石,引发社会广泛关注。□东方今报·猛犸新闻记者 张静/文 沈翔/图

  想为家乡做点事 单崇新选择回来
  单崇新是中国科学院“百人计划”优秀奖和国家杰出青年、中组部万人计划“青年拔尖人才”称号获得者、百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家。2015年,年近38岁的单崇新当选“中原学者”,这也是我省“中原学者”开评以来最年轻的当选者。
  2015年初,他到郑州大学任教。虽然,在其他地方会有更好的科研条件和待遇,但他最终选择回到家乡。
  今年10月,单崇新教授带领团队运用化学气相沉积方法,合成出质量1.2克拉以上、颜色优白级、净度SI1级的高品相钻石,有望用于珠宝首饰、微波及太赫兹窗口、高能粒子探测以及电力电子器件等领域。消息一出,引发社会广泛关注。

  人造钻石有望在首饰市场占据重要地位
  为何单崇新团队合成的人工钻石会引发学界和业界的广泛关注呢?
  单崇新介绍,钻石由金刚石精加工琢磨而成,钻石的形成是碳元素在地球深部高温高压的特殊条件下,再加上一定含量及比率的铁族金属作为催化剂,历经亿万年“修炼”而成,再遇有火山爆发或其他地质运动被带到地表附近,从而被人类发现和开采。
  “天然钻石分布范围小,产量低,钻石矿床的探寻往往耗资巨大,天然钻石的开采不仅会耗费大量资源,还可能对地球生态环境造成不可挽回的破坏。同时,部分战乱地区开采的钻石获得的利润被投入战争中,给当地人民带来了深重的灾难。”他说,合成钻石可以在实验室进行,不会破坏生态,耗费能源有限,也没有“血钻”等道德原罪,是一个绿色的产业。因此,有人预计,人造钻石将逐渐在首饰市场占据重要位置。

  探索:化学气相沉积方法合成克拉级高品相钻石
  单崇新介绍,从上世纪50年代起,人们已经开始人工合成金刚石。“我省是国家超硬材料产业基地,人造金刚石是河南的重要产业之一。”他说,河南的人工合成金刚石产量占全国的80%以上,我国第一颗人造金刚石就是在河南诞生的。
  据介绍,目前金刚石合成的主流技术是高温高压法,但该方法在合成的过程中,往往会因为有氮或催化剂进入到金刚石中,导致杂质较多。
  为此,单崇新团队经过艰苦的探索,开发出化学气相沉积方法合成高质量金刚石单晶和克拉级钻石的工艺。
  “这种方法合成的人工钻石纯度能达到99.99999%。”单崇新介绍,今年6月,团队成员卢英杰博士等人经过努力,合成出了0.3克拉的小钻石,几个月后,又成功探索出1克拉以上钻石的合成工艺。有专家预计,这种方法制出的人造钻石售价会比天然钻石价格低一半以上。
  “我的理想是创造出一条化学气相沉积方法合成金刚石的路子,未来几年,希望能量产。”

  初衷:关注金刚石的电子性能
  为何一个深耕光电器件相关领域的学者,会去研制合成金刚石?
  “最初关注的是它的半导体性质,并不在于它是否能做首饰。”单崇新说,近年来,科研人员发现金刚石除了具有天然材料最高硬度的性质以外,还具有很大的禁带宽度、已知天然材料最高热导率、极高的击穿电场、较大的载流子饱和迁移率等显著特点,因此有望成为下一代电力电子器件的优异候选材料。“要实现这些器件,合成出高质量的金刚石材料是基础。”单崇新说。
  手机、电脑散热不好会烧掉都是因为它们的“大脑”——硅材料芯片导热差。“金刚石不仅硬度最高,导热率也是已知材料最高的,而且有较大的载流子饱和迁移率。”单崇新说,现在的芯片主要是硅材料做的器件,金刚石的导热率是硅的16倍,电子迁移率也是硅的数倍。
  “未来如果用金刚石代替硅做芯片,不仅信息传输得更快,散热效果还好,有比传统器件更高的性能。”单崇新说。

  未来:要基于人工合成金刚石 做更多的科研
  “金刚石单晶只是个基础材料。”单崇新说,目前,他和团队成员打算基于人工金刚石做更多的事情。
  单崇新介绍,由于导热性和透光性很好,可以作为高功率激光的“窗口”。
  “还可以用金刚石材料进行核辐射探测以监控辐射量。”单崇新说,核电站利用核裂变获得核能,在核衰变的过程中,会产生辐射,这就需要严密的监控,科研人员预计金刚石可以在此领域起到很大作用。
  另外,不久前英国一个研究小组提出,把仍有辐射的核废料用金刚石包裹起来,产生的核辐射被金刚石吸收后产生电能,从而变成核辐射电池,该类电池可以持续工作几千年,这是金刚石材料另一个可能的应用领域。
  最后,单崇新教授深情地说:“回到家乡后,得到了省科技厅、教育厅等部门的大力支持以及郑州大学各级领导和同事的鼎力帮助,我们还需要更加努力工作,不辜负大家的支持和帮助。”     郑州大学版权所有,禁止非法转载!2019-09-23 15:02:27
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