聚光燈下,王篤福手裡璀璨耀眼的鑽石吸引了參觀者的目光。但人們不知道的是,這幾顆晶瑩剔透的鑽石,竟是用頭髮做出來的。鑽石也稱金剛石,但在王篤福看到的不僅僅是鑽石的美輪美奐和金剛石的堅硬無比,它作為一種新材料,更代表著一個寬禁帶半導體的新研究方向。
文/片 本報記者 修從濤
把頭髮做成「生命鑽石」
「把你的頭髮給我,我給你做成一顆鑽石!」學冶金機械出身的王篤福,做過砂輪廠的工人,當過企業老總,最終走上了探索新材料這個新興產業。
王篤福是濟南中烏新材料有限公司董事長,他口中的鑽石是在1500多攝氏度的高溫和7萬個大氣壓下,通過一定的技術轉化,把頭髮中的碳元素石墨化後,長成了金剛石,也就是王篤福稱之為的「生命鑽石」。
說起踏入新材料領域,還得從王篤福2010年的一次出國考察講起。2010年7月,王篤福跟隨濟南高新區中烏科技園出國考察,在烏克蘭超硬材料所發現了人造金剛石技術。這個成立於蘇聯時期的研究所曾是超硬材料基礎研究領域的佼佼者,但由於各種原因,技術仍停留在實驗室階段。
考慮再三之後,王篤福決定引進這項還不夠成熟的技術。在隨後七年裡,王篤福團隊經過技術的嫁接,產品的中試,產業化的實驗,他的人工金剛石從最初只能長到0.2克拉不斷擴展到今天最大可長到10克拉。
在王篤福的辦公室裡,記者看到了一批人工鑽石的毛坯樣品,它們不僅晶瑩剔透、耀眼璀璨,與天然鑽石看不出什麼兩樣。王篤福介紹,這些鑽石中一部分是利用人體頭髮培育出的國內第一批人工合成的大顆粒「生命鑽石」。
瞄準金剛石半導體方向
金剛石晶體的生長技術是多學科的技術集成,在濟南高新區孫村戰略性產業基地的廠房裡有多臺處於產業化實驗階段的大顆粒金剛石生產設備,70噸的生產設備經過一定時間的運行,就可以長出直徑4-10毫米的金剛石,最快8天就生長一個批次。
王篤福介紹,目前公司生產的大顆粒金剛石最大單晶粒重達10克拉。自2015年8月開始試生產,截至目前累計生產金剛石單晶15萬克拉,產品主要用於工具、CVD晶種和珠寶首飾行業。
「生命鑽石」也好,大顆粒金剛石也好,在王篤福眼裡,它們只是一種很重要的新材料。「大顆粒金剛石作為超硬材料、終極半導體材料,在工業加工、光學儀器、半導體等領域有著重要應用,且可以在航空航天、電力傳輸、雷達、制導等領域發揮作用。它的硬度、導熱性、熱穩定性,在光學、半導體方面的應用都是可以做出很大的市場。」
據悉,金剛石是已知材料中硬度最高的,理論上講可以用來加工任何材料,比如用金剛石做成的車刀,加工的合金表面達到鏡面級別,目前的一些高精端裝備都是用金剛石加工而成的。而在珠寶首飾行業,「生命鑽石」的特殊意義也讓其具有了新的含義。但在王篤福看來,金剛石半導體才是他瞄準的研究方向。
「金剛石半導體的研究目前世界上還處在基礎研究階段。在金剛石半導體器件方面的研究和應用將會是一個全新的方向,我們這一次申請的國家重點研發計劃的『超寬禁帶半導體材料與器件研究』,就把金剛石列為三種材料之首。」王篤福為自己設定了目標,爭取在3-5年的時間,其團隊研發出金剛石元器件,並能夠從研發轉入實際應用。
發現新動能:
寬禁帶半導體
將帶來一個新產業
何謂寬禁帶半導體?王篤福介紹,顧名思義,寬禁帶就是禁帶寬度高,可以在高溫高壓下使用。「比如有的手機打的時間長了,溫度高了就不能工作了,就是因為它的半導體元器件不耐高溫。金剛石半導體是寬禁帶半導體的一種,一旦研發成功,耐高溫工作將是其巨大的應用優勢。」
據悉,寬禁帶半導體具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等優點,可以滿足現代電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件的新要求,是半導體材料領域最有前景的材料,在國防、航空、航天、電力電子、光存儲、顯示以及白光照明等領域有著重要應用前景,市場潛力巨大。
濟南高新區正在搶抓寬禁帶半導體研發機遇。2016年12月,山東工業技術研究院和濟南高新區管委會共同主辦了寬禁帶半導體產業基地揭牌暨合作項目籤約。2017年3月31日,寬禁帶半導體產業技術創新研究院召開論證會,對寬禁帶半導體產業技術創新研究院建設方案進行了研討論證,該研究院是山東工業技術研究院在寬禁帶半導體方向規劃的首個新型研發機構,由高新區內企業聯合山東大學、南京大學、中科院等單位,整合晶體材料國家重點實驗室、超寬禁帶半導體省級重點實驗室、納電子工程研究中心等平臺資源,完善從基礎研究到應用技術和產業發展的創新鏈,通過科技成果群體湧現帶動產業集群的發展,佔領產業的高端,引領產業發展方向和產業創新,力爭在5年內打造500億元產業集群。
「將來寬禁帶半導體能為高新區帶來一個很大的產業。我們力爭通過我們山東省超寬禁帶半導體重點實驗室和山東省工研院寬禁帶半導體兩個平臺,使我們的金剛石半導體元器件首先研發成功。」王篤福說。
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齊魯晚報
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