日期：2016-8-1点击：6670
近日，元素六科技部主管Adrian Wilson接受了英国媒体AzoM的独家采访，详细介绍了人造金刚石的特性及众多工业领域中金刚石的应用。
主持人 Gary Thomas： 请介绍一下元素六公司的基本情况以及公司的主要业务。
Adrian Wilson：元素六公司成立于上个世纪60年代，是戴比尔斯（De Beers）集团的一员，主要经营人造金刚石超硬材料的生产研发，拥有国内国际广阔的市场。目前，元素六总资产价值5亿，在全球10个国家拥有生产设备，为5千多个客户商家服务。
人造金刚石的优越性能使其中间产品和终端产品在光学、半导体、卫生处理、水处理和传感器等应用中得到了广泛的应用。
GT：元素六专注于超硬材料的研发生产，那么能否详细介绍一下“超硬”的概念和相关产品呢？
AW：像人造金刚石、立方氮化硼、聚晶金刚石、碳化钨等这些独特的工程材料，就叫做超硬材料；它们因其自身优越的性能而广泛的应用于众多工业领域。
比如，人造金刚石的分子结构非常特殊，这使得金刚石成了“万能儿”材料；由四面体结构紧凑排列而成的碳原子又使其坚硬无比，拥有比世界上任何物质都要高的硬度。
人造金刚石由于其硬度高，可用来做油气钻勘的理想刀具，使用寿命长、耐磨性能高。其次，金刚石热传导率很高，可用在电子器件的散热设备中。
此外，金刚石内部有微电流通过时，还可以产生臭氧，用于研发新型的强力消毒剂和环保型漂白剂。以上这些仅仅是人造金刚石先进应用的冰山一角。
GT：金刚石也叫做钻石，对于钻石，人们总会将其光鲜的外表与珠宝联系到一块儿。而对于人造金刚石，它又有哪些特殊的性能，在工业应用中发挥着重要作用？
AW：人造金刚石硬度非常高，这使它在机械、研磨应用中有着无可匹敌的优势，同时还拥有以下特性：
最广泛的光学投射谱、高热导率、较宽的电子带隙、耐热性能高、电绝缘性能高、生化惰性好。
金刚石的高热导率可以应用于电子、半导体制造；耐高功率的人造金刚石可用于激光等离子极紫外光刻系统的光学镜片。
作为电极，金刚石可用于废水处理和强氧化剂的生产；在电分析化学应用中，人造金刚石传感材料，像生化传感器具备稳定的电化学性能，能够提供较高的灵敏度、反应度和可选性。
人造金刚石最新的应用还扩展到了量子领域：量子安全通信、量子计算、磁/电场感应等。
GT：人造金刚石和天然金刚石有哪些异同？
AW：首先，两者的分子结构一样。两者的主要区别在于人造金刚石由人工方法制成：化学气相沉积法（CVD）和高温高压合成法（HPHT）。
采用HPHT方法制备金刚石，需要55,000多个标准大气压强和高温的生长条件。而利用CVD法制备金刚石，则需要相应的衬底材料和气体混合物；主要以甲烷和氢为碳源，通过电离等方法使其成为化学活性自由基。
如今，元素六已经成熟地使用CVD法生产金刚石，对金刚石杂质和特性有着稳定的控制，并在各种衬底材料上大面积的生长金刚石。同时还能根据不同的应用需求灵活调整金刚石的制备成分。
GT：在散热设备方面，能否更详细的介绍一下金刚石的具体功能和作用？
AW：大多数热导率高的材料都具有良好的导电性能。但是，人造金刚石虽有很高的热导率，其导电性却小得足以忽略不计。这一特性对于电子设备的散热而言无疑是非常理想的。有效的散热不仅延长了电子器件的使用寿命，同时还不影响其工作性能。
在半导体技术中，人造金刚石散热设备能够有效防止硅材料及其他半导体材料发热过度的问题。参照摩尔的定律，电子设备越小、功率越大，其热处理能力就越弱。鉴于此，金刚石高效的导热性能及其散热应用就显得尤为重要。
GT：对于上述设备，元素六为什么要选择CVD法来生产金刚石，这种方法又是如何影响金刚石散热设备的最终性能的？
AW：在元素六，我们采用微波CVD专利工艺来生长人造金刚石。CVD法可以使金刚石的生长状况得以控制，杂质成分得以降低到最小化，同时还能有控制性地赋予金刚石众多重要的性能。这种方法能够确保生产出高度一致的、性能可控制的金刚石，从而应用在众多设备中，当然也包括高功率电子产品的散热元件。
GT：对于元素六的氮化镓金刚石半导体技术，能否给与详细的介绍，这一技术又是如何应用到具体的工业领域中的？
AW：氮化镓金刚石半导体晶片是公司同类产品中首个商业化的技术成果。该技术主要用于大功率、高温高频率的晶体管电路制造。氮化镓金刚石材料可以实现高效节能的热排放，降低了封装器件的工作温度，解决了电子设备中由散热问题引起的将近50%的故障。
氮化镓金刚石晶片目前是世界上最理想的导热材料之一。实际上，氮化镓聚晶CVD金刚石的导热率在室温下是铜的5倍之多，有效地降低了工作温度，节省了整个系统成本，同时还极大地增强了射频器件的功率。在功率放大器和微波/毫米波电路的条件下，氮化镓金刚石技术得以实现，用来降低设备的工作温度同时保持输出功率不变。
GT：人造金刚石在量子技术方面又有哪些突破？
AW：不久前，元素六协同荷兰的代尔夫特理工大学成功实现了两块金刚石原子状缺陷间的量子缠结。
这一技术突破对于实现金刚石量子网络、量子中继器和长途信息传输有着重要意义，它能够改变信息处理的方式，为目前信息网络和计算机不能解决的问题提供新的处理系统。
量子缠结技术是利用光和微波以及人造金刚石缺陷来实现的。也即技术上常说的金刚石氮空位中心（NV）。
氮空位缺陷发出的光束可以使缺陷的量子特性在显微镜下读出。通过在NV缺陷附近形成小晶体并利用电场来调整光束，代尔夫特科研团队使两个NV缺陷发射出两个难以区分的光子，这些光子包含了NV缺陷的相关量子信息，再做进一步的处理就实现了两个缺陷的量子力学缠结。
这一发现是对我们在万亿份之一的科技水准下控制金刚石晶体中单个原子状缺陷的科研能力的一次肯定。这不仅帮助我们研发出一个处理信息的量子网络，在将来还会实现量子计算机的研发。
GT：在未来对元素六业务发展起着重要作用的金刚石技术还有哪些？
AW：利用金刚石的惰性和掺硼传导能力来生产高度可逆的电化学传感器。
利用两极电化学电池中的掺硼金刚石替代腐蚀性液体，减少有害化学品，实现环保型电池生产。
高端音频设备中圆顶型金刚石高频扩音器部件的研发。
利用带有氮空位中心的单晶金刚石研发微型磁力计并通过磁场的强度和方向进行传感。
GT：在使用人造金刚石的过程中遇到了哪些比较典型的问题，元素六是如何解决的？
AW：对于一些新兴的应用，我们的客户往往不太熟悉，不知道如何去使用。对此，元素六将提供应用支持，包括最基本的技术建议，现场技术指导等。
GT：对于人造金刚石在未来工程和电子领域的发展，你有何畅想？
AW：随着电子器件对越来越大的功率密度的需求，热处理问题会随之剧增；而人造金刚石在热导方面特别是射频设备和功率器件的应用中会发挥愈加重要的作用。
对于金刚石的非研磨用途，我们十分看好金刚石在光学、传感器和水处理方面的应用，因为金刚石能够为我们的客户提供无与伦比的商业价值。
在金刚石研磨用途上，随着更多新型复合材料的加工，客户在外表美观设计方面的要求会更高，金刚石作为一种磨耗率低的材料将一如既往的发挥其优越的研磨性能，为客户提供优质服务。（编译自“Synthetic Diamonds And Electronic Applications – An Interview With Adrian Wilson”）
