中國粉體網(wǎng)訊 金剛石不僅具有優(yōu)異的物理、化學(xué)特性，還具備一些在納米尺度下的特殊性能，如半導(dǎo)體特性、良好的生物相容性及光學(xué)特性。其優(yōu)異性能在科研技術(shù)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注，近期取得了一些新進(jìn)展。
01 新工藝：CO2點(diǎn)石成鉆
微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）是制備高純度、大尺寸單晶金剛石的主流方法，在光學(xué)和電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用研究中廣受關(guān)注。甲烷（CH4）和H2被認(rèn)為是生長高純度單晶金剛石的主要前驅(qū)體氣體，而與CH4相比，二氧化碳在等離子體環(huán)境中具有較低的解離傾向，同時(shí)提供更高的氧碳比。因此，在高二氧化碳濃度下加速金剛石生長速率對實(shí)現(xiàn)二氧化碳制金剛石的工業(yè)化至關(guān)重要。
近日，浙江工業(yè)大學(xué)胡曉君教授團(tuán)隊(duì)使用OES（光學(xué)發(fā)射光譜）輔助優(yōu)化高二氧化碳中單晶金剛石生長過程。該研究中，首先利用OES診斷CO2-H2-CH4氣氛下不同Ar流量條件下單晶鉆石的生長過程，探討Ar流量、IC2/IHα值與鉆石生長速率之間的關(guān)系。基于實(shí)驗(yàn)獲得的關(guān)系，進(jìn)一步利用在各種工藝參數(shù)下對等離子體光譜信息的快速檢測，獲得優(yōu)選的IC2/IHα值，從而實(shí)現(xiàn)工藝條件的快速優(yōu)化。若能將低價(jià)值的CO2轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的金剛石，將為CO2的資源利用及其高附加值轉(zhuǎn)化提供途徑。
02 新方法：金剛石納米艙，常壓下“封印”高壓態(tài)
高壓會顯著改變材料的原子和電子結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生獨(dú)特的性能。然而，這些高壓誘導(dǎo)的狀態(tài)一旦卸壓常常會迅速消失，極大限制了其研究與應(yīng)用潛力。
近日，北京高壓科學(xué)研究中心的曾橋石研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了一種結(jié)合自支撐薄膜工程的“金剛石納米高壓艙”新策略，實(shí)現(xiàn)了固體材料高壓態(tài)在常壓下的可控保存與原子尺度研究。研究團(tuán)隊(duì)利用自由站立的碳-金納米顆粒-碳（C-AuNPs-C）三明治薄膜作為前驅(qū)體，通過高壓高溫處理，將無定形碳轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸瑥亩鴮⒏邏航鸺{米顆粒永久封裝在金剛石內(nèi)部。
研究亮點(diǎn)：
（1）首次實(shí)現(xiàn)固態(tài)高壓材料的常壓保存，解決了傳統(tǒng)高壓研究中“卸壓即恢復(fù)”的世紀(jì)難題，使高壓態(tài)材料能像普通樣品一樣被多維度表征。
（2）通過調(diào)控合成壓力實(shí)現(xiàn)殘余壓力的線性可控，為高壓研究提供了可量化的實(shí)驗(yàn)標(biāo)尺。
（3）原子尺度TEM揭示高壓下金剛石-金屬界面存在特殊無序?qū)樱@一現(xiàn)象在天然金剛石包裹體中從未被觀測到，為極端條件下界面行為研究打開新窗口。
NDCs合成過程示意圖
03 新應(yīng)用：納米金剛石調(diào)控GelMA水凝膠實(shí)現(xiàn)多功能組織修復(fù)
水凝膠是一類由親水性聚合物鏈與大量水分子相互交織形成的三維網(wǎng)絡(luò)材料，在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。甲基丙烯酰化明膠（GelMA）水凝膠具備可調(diào)控的機(jī)械性能與光交聯(lián)特性，但其在軟硬組織缺損修復(fù)應(yīng)用中仍存在機(jī)械強(qiáng)度不足、抗菌性能及成骨活性有限等局限，需借助協(xié)同策略，通過復(fù)合修復(fù)材料與功能化支架的應(yīng)用，進(jìn)一步提升創(chuàng)面的愈合效率和骨再生效率。
廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院王成勇教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列新型納米金剛石復(fù)合水凝膠（NDs-G），通過納米金剛石對NDs-G的內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)顯著提升水凝膠的機(jī)械性能、抗菌性能和促組織修復(fù)的能力。為開發(fā)同時(shí)實(shí)現(xiàn)軟組織修復(fù)和硬組織修復(fù)的多功能組織工程材料提供了新的策略。
圖片來源：ACS
參考來源
1.Chen.Optical emission spectroscopy-assisted optimization of single crystal diamond growth process in high CO2 content CO2-CH4-H2-Ar atmosphere
2.Liang.Preserving high-pressure solids via freestanding thin-film engineering
3.Jiang.Enhancing Bone Defect Repair and Acute Wound Healing: The Synergistic Effects of Nanodiamond-Enhanced Gelatin Methacryloyl Hydrogels
4.超導(dǎo)探索
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/石語）
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