研究人員在提升金屬強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)過程中有了意外收獲，他們利用脈沖激光束照射在石墨層，制備出了納米金剛石薄膜（nanodiamond films）并實(shí)現(xiàn)了光刻燒蝕。該技術(shù)在生物傳感器乃至計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。
       上圖描繪了一項(xiàng)新技術(shù)的工作原理，利用脈沖激光束將石墨合成納米金剛石薄膜并在石墨上進(jìn)行光刻，該技術(shù)有望應(yīng)用于傳感器及計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域。（圖片來源：普渡大學(xué)，Gary Cheng）

       研究人員在提升金屬強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)過程中有了意外收獲，他們利用脈沖激光束照射在石墨層，制備出了納米金剛石薄膜（nanodiamond films）并實(shí)現(xiàn)了光刻燒蝕。該技術(shù)在生物傳感器乃至計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。

       “過去我們制備人造金剛石需要高溫高壓環(huán)境，而新技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)，就是可以選擇性地將納米金剛石微粒沉積在剛性表面，無需苛刻的環(huán)境條件。”美國普渡大學(xué)（Purdue University）工業(yè)工程副教授Gary Cheng說，“因?yàn)槲覀兪窃谑覝叵伦鲞@個(gè)實(shí)驗(yàn)，因而降低了制備金剛石的成本。除此之外，我們還可以將設(shè)計(jì)好的圖案直接“刻寫”在納米金剛石膜上。”

       這種金剛石薄膜光刻技術(shù)具有選擇性，有望應(yīng)用于生物傳感器、量子計(jì)算、燃料電池和新一代計(jì)算機(jī)芯片等領(lǐng)域。

       該技術(shù)利用了多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)在玻璃蓋板覆蓋下的石墨層。當(dāng)紫外脈沖激光照射在該材料上，石墨層瞬間被電離形成等離子體，并產(chǎn)生一個(gè)向下的壓力。之后，石墨等離子體迅速固化成為金剛石。最上層的玻璃蓋板限制了等離子體的逃逸，使其形成了納米金剛石膜。

       Cheng認(rèn)為，“這些都是由超小的金剛石微粒和高強(qiáng)度的鍍膜層組成的，因而可以適用于高溫傳感器。”

       該研究成果發(fā)表在《自然》的在線期刊《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）上。該論文作者包括前普渡大學(xué)博士生Yuefeng Wang，Yingling Yang，Ji Li和Martin Y. Zhang，博士后研究助理Jiayi Shao，博士生Qiong Nian和Liang Tang，以及Gary Cheng。

       該發(fā)現(xiàn)源于研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)他們正研究如何利用石墨薄層和納秒脈沖激光（nanosecond-pulsing laser）來提升金屬強(qiáng)度。一名博士生意外發(fā)現(xiàn)，激光可以令石墨消失或呈現(xiàn)半透明現(xiàn)象。

       “黑色的石墨層不見了，但是它去哪了呢？”Cheng說到。

       隨后的研究表明，石墨變成了金剛石。普渡大學(xué)研究人員將該過程命名為限制型脈沖激光沉積（confined pulse laser deposition，CPLD）。

       為了證實(shí)該結(jié)構(gòu)確為金剛石，研究小組利用了一系列技術(shù)手段，包括透射電子顯微鏡，X射線衍射分析和電阻測(cè)量技術(shù)。

       Cheng說，該技術(shù)已經(jīng)通過普渡大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化部門申請(qǐng)了美國專利。將該研究商業(yè)化還需要更多的后續(xù)研究。（翻譯：檀澤浩 審校：王忻怡）

       原文鏈接：http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141105203549.htm