概述使用等离子体射流反应器代替传统的微波反应器加快人造金刚石合成的10 - 100倍。钻石层用于耐磨涂料、红外摄像机、钻头和激光二极管。 背景在过去的20年里,科学家们成功地使薄膜的钻石在实验室里的“人工”这一过程被称为化学汽相淀积(CVD)。申请这些材料包括艰难的涂层钻头、窗户等红外摄像机那些用来探测地震后幸存者埋在瓦砾和热浪子等大功率电子元件的激光二极管。 现在,迈克Ashfold教授和他的团队在布里斯托尔大学的化学学院和戴比尔斯工业钻石,解体一些复杂化学参与钻石薄膜的快速增长。 微波合成钻石的生产
金刚石是碳的一种形式,在本质上它通常发现单晶。然而,CVD金刚石多晶的,它由许多很小的晶体融合在一起。在实验室做多晶金刚石的方法之一是将甲烷的混合物(包含碳)和氢微波反应器。微波能分裂成高活性的原子氢,反过来,与甲烷发生反应,生成活性含碳分子片段称为激进分子。这种气体混合物,其中还包括许多带电或称为等离子体电离物种。含碳自由基点燃的材料涂层,考虑到合适的条件下,适当碳原子形成化学键创建水晶钻石。 使用等离子体射流反应堆增加沉积率“以这种方式需要大约一个小时做一层钻石微米厚,”迈克Ashfold教授说。“制造耐磨涂料,通常人们可能要几十微米厚层;一个窗口一个红外摄像机millimetre-thicknesses会更好。”加速过程的一种方法是使用一种叫做等离子体射流的装置反应堆。的氩等离子体喷射传递以很高的速度通过一个孔直径约2毫米。氢气和甲烷。系统产生一个非常高的速度喷射的等离子体在非常高的温度。等离子体射流提供了一个强力的方法:气体压力和流速较高,和输入功率较大,导致金刚石薄膜生长速率与微波反应器的10 - 100倍。然而,水晶质量通常是不太好的。 提高的过程现在,使用复杂的光谱技术团队已经能够映射关键含碳物种的浓度的各种等离子体射流中为了更好地理解这个过程,从而优化实验条件需要生产高质量金刚石层传统系统的许多倍。 |