中國粉體網訊 金剛石不僅具有優異的物理、化學特性，還具備一些在納米尺度下的特殊性能，如半導體特性、良好的生物相容性及光學特性。其優異性能在科研技術領域引起了廣泛關注，近期取得了一些新進展。
01 新工藝：CO2點石成鉆
微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）是制備高純度、大尺寸單晶金剛石的主流方法，在光學和電子器件領域的應用研究中廣受關注。甲烷（CH4）和H2被認為是生長高純度單晶金剛石的主要前驅體氣體，而與CH4相比，二氧化碳在等離子體環境中具有較低的解離傾向，同時提供更高的氧碳比。因此，在高二氧化碳濃度下加速金剛石生長速率對實現二氧化碳制金剛石的工業化至關重要。
近日，浙江工業大學胡曉君教授團隊使用OES（光學發射光譜）輔助優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系。基于實驗獲得的關系，進一步利用在各種工藝參數下對等離子體光譜信息的快速檢測，獲得優選的IC2/IHα值，從而實現工藝條件的快速優化。若能將低價值的CO2轉化為高價值的金剛石，將為CO2的資源利用及其高附加值轉化提供途徑。
02 新方法：金剛石納米艙，常壓下“封印”高壓態
高壓會顯著改變材料的原子和電子結構，從而產生獨特的性能。然而，這些高壓誘導的狀態一旦卸壓常常會迅速消失，極大限制了其研究與應用潛力。
近日，北京高壓科學研究中心的曾橋石研究員帶領的研究團隊成功開發了一種結合自支撐薄膜工程的“金剛石納米高壓艙”新策略，實現了固體材料高壓態在常壓下的可控保存與原子尺度研究。研究團隊利用自由站立的碳-金納米顆粒-碳（C-AuNPs-C）三明治薄膜作為前驅體，通過高壓高溫處理，將無定形碳轉變為金剛石，從而將高壓金納米顆粒永久封裝在金剛石內部。
研究亮點：
（1）首次實現固態高壓材料的常壓保存，解決了傳統高壓研究中“卸壓即恢復”的世紀難題，使高壓態材料能像普通樣品一樣被多維度表征。
（2）通過調控合成壓力實現殘余壓力的線性可控，為高壓研究提供了可量化的實驗標尺。
（3）原子尺度TEM揭示高壓下金剛石-金屬界面存在特殊無序層，這一現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 新應用：納米金剛石調控GelMA水凝膠實現多功能組織修復
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絡材料，在多個領域展現出重要的潛在應用價值。甲基丙烯酰化明膠（GelMA）水凝膠具備可調控的機械性能與光交聯特性，但其在軟硬組織缺損修復應用中仍存在機械強度不足、抗菌性能及成骨活性有限等局限，需借助協同策略，通過復合修復材料與功能化支架的應用，進一步提升創面的愈合效率和骨再生效率。
廣東工業大學機電工程學院王成勇教授團隊開發了一系列新型納米金剛石復合水凝膠（NDs-G），通過納米金剛石對NDs-G的內部組成和結構進行調控，同時顯著提升水凝膠的機械性能、抗菌性能和促組織修復的能力。為開發同時實現軟組織修復和硬組織修復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.超導探索
（中國粉體網編輯整理/石語）
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