郑大教授用新方法合成钻石 引法国业内人士关注

2017-12-26 10:21| 发布者: 壹号收藏 |来自: 大河网

摘要: 单崇新展示他和团队合成的钻石单崇新和团队合成的钻石  最近,郑州大学物理工程学院教授单崇新格外忙碌。他接到了不少钻石加工销售企业的电话,有的是想来“取经”,有的则想与其合作。  吸引这些企业的,是单崇 ...

单崇新展示他和团队合成的钻石


单崇新和团队合成的钻石


  最近,郑州大学物理工程学院教授单崇新格外忙碌。他接到了不少钻石加工销售企业的电话,有的是想来“取经”,有的则想与其合作。

  吸引这些企业的,是单崇新及其团队开发出的合成克拉级高品相钻石的工艺。用这种工艺合成的首饰钻石,比天然钻石的价格便宜一半,但净度、亮度却一点不输于天然钻石。这一创新成果,还引起日本、法国钻石加工业内人士的关注。

  河南是国内人工合成金刚石(钻石)产量最大的省份,我国第一颗人造金刚石就是在河南诞生的。人工合成钻石是怎么炼成的?单崇新及其团队的这项成果,会对河南乃至全国的钻石市场产生怎样的影响?

  钻研

  用新方法合成了1.2克拉的钻石

  2014年底,单崇新从工作、学习了十余年的长春市回到了家乡河南。

  当时,郑州大学向他抛出了“橄榄枝”。作为学校引进的人才,郑州大学校长刘炯天问他有什么要求,他没有要求个人薪资待遇,也没有要求职务职级,只是希望“有个能干活的地方和环境”。他对学校的承诺是第一年建成实验室,第二年出成果。为方便他做研究,刘炯天校长多次到物理工程学院为他协调实验场地。

  单崇新也快速确定了研究方向。“河南是人工合成金刚石的大省,与我的研究领域很相近,正好可以把我的科研经历与河南的产业优势结合起来。”于是,2015年他从零起开始了实验室的建设工作。

  只用了一年时间,他和团队的科研成果就引起了行业内的关注:采用化学气相沉积工艺合成出了1.2克拉的高品相钻石,颜色、净度均是上乘,用普通仪器都很难分辨这种钻石与天然钻石的区别。近日,在其实验室内,记者见到了单教授带领同事们合成的钻石,在灯光的照射下,荧光闪闪,干净透亮,异常夺目。

  单崇新说,为了合成这种克拉级的高品相钻石,他和团队人员没少吃苦。从实验设备选购,到实验场地装修,从外围条件保障,到工艺参数探索。经过一年多的奋战,将原来空荡荡的房间建成了先进的实验室,完成了实验设备的询价、招标、采购、审计、验收等程序,并开始科学研究,团队成员度过了无数个无眠无休的日日夜夜。

  功夫不负有心人,当看到实验室合成的高品相钻石样品时,大家终于舒了一口气,感觉所有的付出都值得了。

  经历

  31岁成为博导,38岁当选中原学者

  在学生和同事眼中,单崇新绝对是一个励志典型。他的老家在河南农村,祖祖辈辈以务农为生。小时候,他就深刻感受到,读书才能摆脱贫穷。

  1995年,他以全县第二名的成绩考入武汉大学,他也是家族走出来的第一个大学生。但是,考上大学并未让他感到轻松,反而多了几分对未来未知生活的忐忑。1999年大学毕业后,他考上了中科院长春光学精密机械与物理研究所的研究生,并开始了硕博连读。博士毕业后,他又在朋友的介绍下到香港中文大学物理所做博士后,主要从事半导体纳米结构的研究工作。

  科研生活需要坐得住冷板凳。在香港中文大学期间,他每天早上9点前就来到实验室,一直到晚上10点才回去休息。在不到两年的时间内,他发表了10多篇影响因子大于3.0的学术论文。随后,他又拿到了英国诺丁汉大学的offer,在英国开始了科研生涯。

  2008年,单崇新从英国回到国内,经过数轮紧张的答辩,进入中科院的“百人计划”,也是在那一年,他获得了正高职称,并成为博导,那一年他才31岁。

  2014年底,他回到河南工作。2015年,获评“中原学者”,那一年他38岁,这也是我省设立“中原学者”以来最年轻的当选者。另外,单教授近年来还获得了国家杰出青年基金、万人计划青年拔尖人才、百千万人才工程、中科院百人计划等荣誉。这一系列成绩的取得,源于他十多年如一日的专注付出,也源于团队成员的艰辛努力。

  现状

  开采天然钻石,对自然环境破坏很大

  很多人都知道,钻石在天然矿物中的硬度最高,可以用于玻璃切割、磨具切割、石油钻井的钻头,由于其导热率高、透光度强,也可望用于电脑芯片、激光制导等领域。

  但是,天然钻石是经过成千上万年形成的,获取1克拉的天然钻石,需要挖采250吨的矿石。所以,提炼天然钻石,对于自然环境的破坏很大,好似在地球表面挖出很多“伤疤”。于是,就有人提出用人工方法合成钻石。但人类研究了100多年,才破解了人工合成钻石的方法。

  上世纪50年代,美国率先在全世界人工合成钻石。1968年,中国也第一次成功用人工方式合成了钻石。据了解,中国人工合成钻石的产量占了世界的60%至70%,而河南人工合成钻石的产量,又占了中国的80%。

  就技术而言,目前人工合成单晶钻石的方法主要有两种,一种是“高温高压法”,一种是“化学气相沉积法”。其中,第一种方法的应用最广泛,占了市场的主流。但是,“高温高压法”合成钻石的过程中,需要添加催化剂,这样一来,钻石的纯度就打了折扣,很多用“高温高压法”合成的钻石,杂质太多,这些钻石大多只能用于工业用途。

  而用“化学气相沉积法”合成钻石,不需要添加催化剂,从而保证了钻石的纯度、颜色、净度,这种方法合成出来的钻石,可以用于首饰、电力电子器件等领域。“就钻石首饰而言,这种方法合成的钻石,与天然钻石的品相几乎没有差别,但是价格却比天然钻石要低得多。”单崇新介绍说。据记者了解,这种高品相的钻石,在钻石首饰市场上的价格,大概比同品相的钻石价格低一半。

  影响

  这项成果,未来有广阔的应用前景

  单崇新团队的成员卢英杰博士介绍,人工合成的钻石,是在实验室内进行的,不污染环境,尤其是用“化学气相沉积”的新方法合成的钻石,品质高、售价低,将来会对钻石生产、加工、销售的上下游产业产生很大影响。

  对很多人来说,钻石是高价钱的奢侈品,但卢英杰说,对他和团队来说,这些钻石就是科研样品。由于合成的钻石品质高、尺寸大、性能好,有望在电力电子器件、大功率激光、辐射探测、保密通讯等高科技领域得到广泛应用。

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