点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:像纸一样!金刚石膜“卷”起来了
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

像纸一样!金刚石膜“卷”起来了

来源:中国科学报2025-01-07 09:56

  ■中国科学报记者 张晴丹

  从金刚石这种无比坚硬的材料上剥离出大片完整的膜,听起来像天方夜谭,实际做起来困难更多。

  两年时间没有任何进展,香港大学副教授褚智勤一度想“砍掉”这个课题。但科研本就需要勇闯“无人区”。“就看愿不愿意下血本,简单的事没什么风险,当然也不会有大收益。虽然很难,但我们还是想拼一拼。”褚智勤说,“我觉得人生就应该赌一把。”

  他赌赢了。历时5年,这个课题终于“结果”了。

  褚智勤团队联合香港大学教授林原、北京大学教授王琦、南方科技大学助理教授李携曦,开创了一种金刚石剥离技术,可获得超薄且超柔韧的金刚石膜——它就像一张纸一样可以卷起来。近期,相关研究成果发表于《自然》。

  世界首次

  “2004年安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次用胶带剥离出石墨烯,斩获2010年诺贝尔物理学奖。20年后,我们首次实现了碳材料家族的另一位成员——金刚石薄膜的大规模剥离。”论文第一作者、褚智勤课题组的景纪祥说。

  时间指针拨回到2019年。一直聚焦于金刚石材料和相应量子探测研究的褚智勤,很想用金刚石实现一些功能。他与李携曦提出制备大面积平整的金刚石膜的设想。第二年新招进组的一位博士后接下了这个课题,但两年下来,几乎没有收获。最终,这位博士后离开了课题组,另找了一份工作。

  金刚石,不仅是珠宝界的明星,也是电子和光子材料中的“珠穆朗玛峰”。金刚石膜一旦制备成功便能大有作为。褚智勤不想就此放弃,他把这个自己非常看重的课题交给了当时的博士生景纪祥。

  很长时间里,景纪祥绞尽脑汁,无论用什么办法,都无法得到平整的金刚石膜。直到有一次,景纪祥不小心碰破了金刚石块,发现其边角有一小片翘起来了。他灵光一闪:“能不能直接用剥离的方法把膜揭下来?”

  实际上,这个想法有些反直觉。毕竟金刚石很硬、脆性高,不太可能实现。但褚智勤认为,这个疯狂的想法值得一试。

  通过不断调整参数,他们似乎找到了一些可行性。“简单来说,就是先破坏金刚石的一个边缘,暴露出一个‘新鲜’的缺口,从这个最优‘窗口’的某个特定角度,用力学手段剥离出一大片完整的金刚石膜。这是纯物理方法,不涉及溶液和化学过程,因此剥离出来的生长面完好。”褚智勤说。

  这张膜非常完美。论文中描述的金刚石膜为两英寸,实际上,他们已经能在实验室剥离出超过4英寸的金刚石膜。更让人惊喜的是,金刚石膜不仅非常薄,还是一张柔性膜,表现出卓越的性能。

  “它可以像一张纸一样卷起来。这种柔性非常重要,我们可以通过力学形变来调控一些性能。金刚石需要掺杂某种元素才能变成半导体,而金刚石半导体掺杂研究一直比较困难。现在,我们通过形变就能实现金刚石半导体性质的调控,这完全可以开辟出一条全新赛道。”褚智勤说。

  这一研究为大规模生产高质量金刚石膜开辟了新路径,具有巨大的潜在应用价值。“金刚石膜展现了很多优异的性能,相信未来会在电子、光子、机械、热学、声学和量子领域大放异彩。”景纪祥表示。

  被拒时,心态最重要

  这项研究可谓是领域内的一个重大突破。投稿之前,褚智勤坚定地认为,相关论文应该发表在一个影响力高的平台。

  “我们当时对顶刊做了分析,觉得《科学》可能更喜欢这种突破常规思维的内容。”褚智勤说。于是在2023年11月,他们把论文投给了《科学》。虽然送审很快,但反馈的结果令人沮丧。3位审稿人的意见大相径庭。第一位审稿人极尽赞赏;第二位审稿人极力反对,认为金刚石材料没有特别大的用处;第三位审稿人认为文章很有趣,但不适合在《科学》发表。

  褚智勤和合作者始终坚信这项研究的重要性。2024年1月,他们将文章转投《自然》,结果又吃了一记闭门羹。《自然》编辑回复说,还有一些内容没讲清楚、有一些测试没有做,所以论文可能达不到发表的水平。

  虽然被拒,但研究团队从拒稿信里看到了些许希望。“研究的确还欠缺一些实质性内容,所以在收到拒稿信后,我们又补做了4个月的实验,分析了实验数据,特别是对膜的质量做了分析。我们猜测,编辑希望看到更多证明金刚石膜质量优异性的证据,我们就尽量补充相应内容。”褚智勤表示。

  补充数据、整理参考文献、增加总结性图表……论文多出了好几十页的新内容。当做好万全的准备后,2024年4月研究团队再次投出文章。又经历两轮修改后,文章终于在2024年10月被接收,并于近期发表。

  “在这个过程中真的要摆正心态。这就好比参加考试,如果你是为了考试而考试,这个过程一定是痛苦的。如果先不考虑结果如何,而是把重点放在复习上,你就会有很多思考,各方面的能力都会得到提升。”褚智勤说。

  对科研保持纯粹的热爱

  “不浮躁,踏踏实实地做好每一件琐碎的事,完成每一个小目标。”这是褚智勤的科研观。

  这些观念的形成源于他博士后阶段的导师、德国斯图加特大学教授Joerg Wrachtrup—— 一位量子探测领域泰斗级的科学家。“只要不出差,他都‘泡’在研究所里。早上八点准时到办公室,晚上八九点才离开。他把所有的热情都投入到科学研究中。”褚智勤说。

  Joerg Wrachtrup对科研的这份纯粹的热爱,深深感染着褚智勤,有一件事情一直让他记忆犹新。“有一次,他到实验室找我,说想看一下我的实验笔记,但看过之后很不满意,认为实验笔记不够详细。他把我叫到办公室,从柜子里翻出厚厚一沓当年他读博时的实验笔记。我看到上面手写的密密麻麻、清晰又详细的笔记时,很受触动。”

  导师的言传身教深深影响了褚智勤。“科研起步时,我会对每一位学生说,要做一些具体的、小的项目。目标不要‘高大上’,从比较务实的目标着手,一点点往前走。而且,我希望学生是发自内心地热爱科研。做科研面对失败是常态,我很看重学生是否可以稳住负面情绪、戒骄戒躁,在周围人都不看好的情况下,冷静地扭转局面、逆流而上,开辟出一片新天地。”褚智勤说。

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.1038/s41586-024-08218-x

  《中国科学报》 (2025-01-07 第1版 要闻)

[ 责编:李欣哲 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 亚太峰会开幕倒计时3天!

  • 第二十七届北京平谷国际桃花节开幕

独家策划

推荐阅读
经监测,截至2024年年底,青海湖裸鲤资源蕴藏量达12.75万吨,较2023年增加0.72万吨,增长5.98%,较2002年保护初期增长49倍;
2025-04-11 03:45
中央气象台预计,4月11日至12日,随着新一股较强冷空气东移南下,我国中东部地区将出现强风、降温、沙尘天气,华北将出现历史同期罕见持续性大风,内蒙古东部和东北地区东部将出现暴雪,南方将出现今年以来最强风雹天气。
2025-04-11 10:23
我国科学家利用嫦娥六号采回的月球背面样品,首次获得月球背面月幔的水含量小于2微克/克,为认识月幔水的时空演化提供了关键约束。
2025-04-11 03:45
自然资源部10日发布公告:经国务院批准,高纯石英矿成为我国第174号新矿种。据悉,这一矿种于2020年至2021年被发现,
2025-04-11 03:45
为实现长期心电智能监测,研究团队开发了一种无运动束缚的动态12导联心电系统(以下简称“MU-DCG系统”),实现了无感化佩戴、抗运动伪影以及低功耗原位实时信号处理的优势集成。
2025-04-11 03:45
一根细细的纱线,一头连着福建首个规模超万亿元的纺织鞋服产业;另一头牵动5位院士的心,带动多项高性能纺织面料技术取得突破,为国内一家锦纶龙头企业及上下游企业新增产值逾10亿元……
2025-04-10 10:13
人工智能快速发展,在赋能千行百业、助推经济社会发展的同时,利用AI进行违法犯罪、AI数据权属争议等新问题也随之出现。透过几个具有代表性的司法案例,看司法机关如何通过积极稳妥审理相关案件,运用法治方式厘清法律边界、做好规制监管、强化司法指引,护航人工智能向上向善。
2025-04-10 10:11
医生身处临床服务、保障人民健康第一线,能切实了解病患需要、诊疗现状、技术进展,也是最容易做创新、出成果的。
2025-04-10 10:07
近日,该所成功研发出全球首套面源污染智能监测系统,首次实现对流动水体中高风险抗生素、农药残留等新发污染物的实时、在线、动态监测。
2025-04-10 03:55
免疫细胞是免疫系统的重要部分。其中,小胶质细胞在中枢神经发育、免疫监视及退行性病变等过程中扮演重要角色,但自1919年被发现以来,小胶质细胞一直被认为仅存在于中枢神经系统内部。
2025-04-10 03:55
业内有这么一句话:“世界棉花看中国,中国棉花看新疆。 之所以发生如此巨变,离不开一批批农业技术人员的辛勤努力,其中有个闪亮的名字,人们不会忘记——“中国长绒棉之父”陈顺理。
2025-04-09 09:54
在现代化工中,90%以上的生产过程需要催化剂的参与。 团队研制了世界首套双光束原位透射红外光谱,在催化反应中发现了新机制。
2025-04-09 09:54
北京大学未来技术学院席鹏教授团队联合河北大学高保祥教授课题组,成功研发出一种新型近红外荧光探针HBimmCue,实现了对线粒体内膜环境的高分辨率、高亮度动态观测。
2025-04-09 09:53
千松坝林场位于河北承德市丰宁满族自治县,成立20多年来,林场建设者们通过推广林草间作、林牧结合等多种模式,完成造林工程逾百万亩。2013年开始,千松坝林场在大滩镇小北沟村荒山上植树造林,生态环境的改善,带动了旅游、餐饮、民宿等发展。
2025-04-09 09:53
润滑材料在飞机的诸多部件中发挥着关键作用,如发动机、起落架、舱门、尾翼,以及液压系统等部位都离不开高性能润滑材料的支持。为我国一款重要飞行器研制高性能润滑剂是乔旦接到的第一个重要任务,而她也因此面临前所未有的挑战。
2025-04-09 09:50
啃下硬骨头的不是蛮力,而是创新力,思维创新、技术创新是突破极限的关键驱动力 如今,在无垠大海,在广袤荒漠,能源装备今非昔比,能源技术突飞猛进,把能源的饭碗牢牢端在自己手里,我们这一代人责无旁贷,更有底气。
2025-04-09 09:47
打开手机刷短视频、通勤路上听播客、睡觉前追微短剧……网络视听已如空气一般,渗透进人们生活的每一刻。加强对低俗、恶俗、违法内容的监管,严厉打击版权侵权行为,为创作者提供更加安全的创作环境。
2025-04-09 09:46
促进农业农村现代化、加快建设农业强国,需要发挥农业科技创新的关键支撑作用。推动跨学科、跨地区、产学研协同攻关,凝聚农业科技创新合力,关键在于加快建立协同化农业科技创新组织机制。
2025-04-09 09:44
清明时节,浙江杭州、福建武夷山等地的春茶采摘进入旺季。 在不断拓展下沉寄递服务网络的同时,快递企业还持续提升科技发展水平,加大对无人机、无人车等智能装备的应用,助力全社会物流成本的有效降低。
2025-04-08 10:03
俗话说:“绿肥种三年,瘦田变肥田。近日,农业农村部南京农业机械化研究所西南丘陵山区农机与电动装备创新团队成功研发出高效机器采收装备,解决了这一难题。
2025-04-08 10:03
加载更多