阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校的物理學(xué)家們已經(jīng)邁出了五年的第一步，努力創(chuàng)造出新的化合物，在耐熱性方面超過鉆石，在硬度上幾乎與鉆石匹敵。

他們得到了一項為期5年、價值2000萬美元的國家科學(xué)基金會獎的支持，該獎項用于創(chuàng)造新材料，并利用物質(zhì)等離子體的第四種狀態(tài)改進(jìn)技術(shù)。

與物質(zhì)、固體、液體和氣體的其他三種狀態(tài)不同，等離子體并不在地球上自然存在。這種電離的氣體物質(zhì)可以通過加熱中性的氣體來制造。在實(shí)驗室里，UAB物理系的教授和大學(xué)學(xué)者Yogesh Vohra用等離子體制作了薄膜。這樣的薄膜有許多潛在的用途，例如涂層使人工關(guān)節(jié)持久耐用或保持切削工具的鋒利，為極端環(huán)境開發(fā)傳感器或制造新的超硬材料。

為了制作一個鉆石薄膜，Vohra和他的同事們將混合氣體送入真空室，用微波加熱，從而產(chǎn)生等離子體。室內(nèi)的低壓相當(dāng)于地球表面14英里的大氣。四小時后，蒸汽在其目標(biāo)上沉積了一層薄薄的金剛石膜。

在《材料》雜志的一篇論文中，Vohra和UAB藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的同事們研究了如何添加硼，同時制作鉆石薄膜，改變了鉆石材料的性質(zhì)。

人們已經(jīng)知道，如果氣體是甲烷和氫的混合物，研究人員就會得到一種微晶金剛石膜，由許多微小的鉆石晶體組成，平均大小約為800納米。如果將氮添加到這種氣體混合物中，研究人員就會得到納米結(jié)構(gòu)的鉆石，由極小的鉆石晶體組成，平均只有60納米大小。

在目前的研究中,Vohra團(tuán)隊添加硼,乙硼烷的形式,或B2H6氫/甲烷/氮原料氣和發(fā)現(xiàn)令人驚訝的結(jié)果。金剛石薄膜的晶粒尺寸從60-nanometer突然增加,納米大小與氫/甲烷/氮原料氣800納米,微晶尺寸。此外，這種變化發(fā)生在只有微量的二硼烷的情況下，在等離子體中只有170 ppm。

Vohra的研究小組使用光學(xué)發(fā)射光譜技術(shù)，在飼料中改變了二硼烷的含量，發(fā)現(xiàn)二硼烷可以減少血漿中碳-氮自由基的含量。因此，Vohra說:“我們的研究清楚地確定了碳氮物種在合成納米結(jié)構(gòu)鉆石和抑制碳氮物種中所起的作用，并將硼加入到等離子體中?！?/span>

由于硼的加入也可以將金剛石薄膜從非導(dǎo)體變成半導(dǎo)體，UAB的結(jié)果為各種應(yīng)用提供了金剛石薄膜晶粒尺寸和電學(xué)性能的新控制。

在接下來的幾年里，Vohra和他的同事們將研究微波等離子體化學(xué)氣相沉積法在硼碳化物、硼氮化硼和碳硼氮化合物薄膜上的應(yīng)用，尋找比鉆石更耐熱的化合物，并具有鉆石般的硬度。在氧氣存在的情況下，鉆石的燃燒溫度約為1100華氏度。