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“种”出的钻石献礼博士新人

2026年06月03日07:59 | 来源:科技日报222
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近日,哈尔滨工业大学举办博士生集体婚礼引发关注。此次集体婚礼,该校特地为新人们准备了由1克拉“真心”钻石制作成的钻戒。

这1克拉钻戒,并非市场采购成品,而是由该校航天学院朱嘉琦科研团队,依托自主研发技术在实验室“种”出来的。“高深的科研成果并不高深,我们希望把科技进步的喜悦与大家分享,更希望让科研成果走出论文、走出实验室,真正服务国家、造福社会。”朱嘉琦说。

数天完成亿年生长历程

天然钻石形成于地下数百公里的高温高压环境,形成周期长达数亿年。但哈尔滨工业大学“种”钻石的思路不同,他们采用微波等离子体化学气相沉积技术,在实验室中精准复刻并加速钻石生成过程。团队利用大功率微波激发甲烷等含碳气体,形成高活性等离子体,使碳原子在金刚石籽晶表面有序沉积、外延生长,最终形成结构完整、品质纯净的金刚石单晶。

“这种方法和传统高温高压完全不同。”朱嘉琦介绍,“原则上,等离子体场能做多大,我们就有望长出多大面积的高质量金刚石,未来可以做成大尺寸晶圆,这是革命性的变化。”

在十余年攻关过程中,团队坚持自主研发,成功实现金刚石生长过程稳定可控、晶体质量大幅提升、生长速率显著加快。通过能量聚集与耦合调控等关键工艺,团队将高品质金刚石生长速率提升至每小时近100微米,仅需数天即可培育出1克拉珠宝级单晶。

实验室培育钻石和天然钻石一样吗?朱嘉琦给出明确答案:“从成分、晶体结构、硬度、折射率、化学稳定性看,二者完全一致,本质都是纯碳的金刚石。肉眼和常规仪器根本分不出来。”

在品质表现上,实验室培育钻石更具优势。天然钻石受地质环境影响,常含有杂质、裂纹、色带等缺陷;而实验室生长全程可控,晶体纯度更高、缺陷更少、品质更稳定,同时无需矿山开采,并且对环境友好。朱嘉琦表示,培育钻石不是“仿钻”,不是“替代品”,而是成分、结构、性能完全相同的金刚石,在珠宝佩戴、高端科研、工业应用等场景中均可放心使用。

“随着技术成熟普及,我们不仅能在高端装备领域用好金刚石,更能在民生领域实现‘钻石自由’。”朱嘉琦坦言。

金刚石应用空间广阔

实验室培育钻石的价值远不止于珠宝领域。“大家看到的是钻戒,我们看到的是散热、传感、量子、半导体。”朱嘉琦说,金刚石具备超高热导率、超硬耐磨、光学性能优异、量子缺陷可控等一系列极限特性,是支撑高端装备、半导体、量子信息等领域的关键战略材料。

目前,团队研发的金刚石材料已在多个领域实现落地应用。在消费电子端,高端笔记本、游戏本等高功率芯片散热难题,可通过金刚石基复合材料高效解决;在半导体领域,金刚石为碳化硅、氮化镓等第三代半导体器件提供高性能散热衬底,突破器件性能瓶颈;在航天与雷达系统中,金刚石凭借优异的稳定性与散热能力,保障装备在极端工况下可靠运行。

通过精准调控晶体缺陷,金刚石还可制备成量子光源核心材料,在量子计算、量子通信、量子传感与精密导航等前沿方向发挥关键作用。朱嘉琦表示,控制金刚石缺陷形成彩钻,并非只为装饰用途,更高价值在于实现量子级应用,支撑下一代信息技术发展。

一枚钻戒,一份浪漫,更是一次科技自立自强的生动宣言。哈尔滨工业大学用“种钻石”告诉我们:最硬核的浪漫,是把关键核心技术牢牢掌握在自己手中;最珍贵的钻石,是一代代科研人坚守使命、攻坚克难的初心。(记者 朱虹)

(责编:李依环、郝孟佳)

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