给我一绺头发还你一颗金刚钻 金刚石半导体未来将成新产业

济南中乌新材料研发的人工大颗粒金刚石。聚光灯下,王笃福手里璀璨耀眼的钻石吸引了参观者的目光。但人们不知道的是,这几颗晶莹剔透的钻石,竟是用头发做出来的。钻石也称金刚石,王笃福看到的不仅仅是钻石的美轮美奂和金刚石的坚硬无比,作为一种新材料,由金刚石半导体引领的宽禁带半导体将成为未来的一个新产业。

文/片本报记者修从涛

人工金刚石

最大长到10克拉

“把你的头发给我,我给你做成一颗钻石!”学冶金机械出身的王笃福,做过砂轮厂的工人,当过企业老总,最终走上了探索新材料这个新兴产业。

王笃福是济南高新区一家新材料公司的董事长,他口中的钻石是在1500多摄氏度的高温和7万个大气压下,通过一定的技术转化,把头发中的碳元素石墨化后,形成金刚石,也就是王笃福称之为的“生命钻石”。

说起踏入新材料领域,还得从王笃福2010年的一次出国考察讲起。2010年7月,王笃福跟随济南高新区中乌科技园出国考察,在乌克兰超硬材料所发现了人造金刚石技术。这个成立于苏联时期的研究所曾是超硬材料基础研究领域的佼佼者,但由于各种原因,技术仍停留在实验室阶段。

考虑再三之后,王笃福决定引进这项在当时还不够成熟的技术。在随后的七年时间里,王笃福团队经过技术的嫁接,产品的中试,产业化的实验,他的人工金刚石从最初只能长到0.2克拉不断扩展,到今天最大可长到10克拉。

在王笃福的办公室里,记者看到了一批人工钻石的毛坯样品,它们晶莹剔透、耀眼璀璨,与天然钻石看不出什么两样。据王笃福介绍,这些钻石中一部分是利用人体头发培育出的国内第一批人工合成的大颗粒“生命钻石”。

金刚石晶体的生长技术是多学科的技术集成,在济南高新区孙村战略性产业基地的厂房里,有多台处于产业化实验阶段的大颗粒金刚石生产设备。70吨的生产设备经过一定时间的运行,就可以长出直径4-10毫米的金刚石,最快8天就生长一个批次。

王笃福介绍,目前公司生产的大颗粒金刚石最大单晶粒重达10克拉。自2015年8月开始试生产,截至目前累计生产金刚石单晶15万克拉,产品主要用于工具、CVD晶种和珠宝首饰行业。

金刚石半导体

将用于高温环境

金刚石是已知材料中硬度最高的,理论上讲可以用来加工任何材料。比如用金刚石做成的车刀,加工的合金表面达到镜面级别,目前的一些高精端装备都是用金刚石加工而成的。而在珠宝首饰行业,“生命钻石”的制作内涵,也让其具有了特殊意义。如果两位即将步入婚姻殿堂的新人,手上戴着用对方头发做成的钻戒,将会更加浪漫和深刻。

大颗粒金刚石应用市场广阔,但王笃福把目光更多地集中在金刚石半导体方向的研究。他认为,由金刚石半导体引领的宽禁带半导体将成为未来的一个新产业。

何谓宽禁带半导体?王笃福介绍,顾名思义,宽禁带就是禁带宽度高,可以在高温高压下使用。“比如有的手机打得时间长了,温度高了就不能工作了,就是因为它的半导体元器件不耐高温。金刚石半导体是宽禁带半导体的一种,一旦研发成功,耐高温工作将是其巨大的应用优势。”

据了解,目前世界上对金刚石半导体的研究还处在基础阶段。王笃福认为,在金刚石半导体器件方面的研究和应用将会是一个全新的方向。“我们这一次申请的国家重点研发计划‘超宽禁带半导体材料与器件研究\’,就把金刚石列为三种材料之首。”王笃福说。

王笃福也为自己设定了目标,争取在3-5年的时间内,其团队研发出金刚石元器件,并能够从研发转入实际应用。

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