缺陷可控化纳米金刚石在下一代成像技术和通讯技术领域的应用

缺陷可控化纳米金刚石在下一代成像技术和通讯技术领域的应用

图一:实验台上放置的金钢烷(diamondoid)

斯坦福大学和SLAC国家加速器实验近日联合研制出最小的金刚石结构——金钢烷。这些存在于石油基液的连锁式咬合碳笼结构的重量只有一克拉的百亿分之一;最小的金刚烷仅10个原子大小。

在过去十年的研究中,斯坦福和SLAC团队的Nick Melosh及Zhi-Xun Shen就发现金刚烷在改善电子显微镜成像技术和电脑芯片的印刷电路板及装配材料方面有着重要应用。

研制获得金刚烷对于该团队来说是一项突破性的功绩。研究者们最初在加利福尼亚州雪佛龙石油公司附近利用一罐来自墨西哥湾的原油开展研究工作。研发出金刚烷分离核心技术的Jeremy Dahl说:“我们对来自世界各地的石油进行了大量分析,研究金刚烷浓度最高的石油类型”。

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图二:SLAC实验室内待进行纯度分析的金刚烷溶液

金刚烷分离工艺最初是在雪佛龙石油精炼厂进行,在大锅炉中对原油进行煮沸并浓缩提取出金刚烷;煮沸后的残渣送至SLAC实验室再次进行反复煮沸,蒸发并分离出特定重量的分子。高压条件下利用复杂的过滤系统对这些液体进行压缩并分离出尺寸、形状和属性各异的金刚烷。

金刚烷本身是肉眼不可见的;由于其糖块状的凝簇晶体形态而通常被肉眼可见。Dahl在手中倒入一些金刚烷,介绍到:如果将一匙份量的金刚烷分给一千亿个人,每人一个单位的金刚烷,还能剩余一些。

近日,研究团队开始利用金刚烷进行无瑕疵纳米金刚石的生长。通过硅和镍等元素的加入,研究者希望能够制备出可以对瑕疵进行精准人工控制的纳米金刚石;这些瑕疵可以产生单光子的光,用于下一代光学通讯和生物成像技术。

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图三:Jeremy Dahl手中倒入金刚烷晶体

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图四:石油中提取出的纳米金刚烷晶体

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