科技產業未來趨勢 全靠實驗室裡長出的鑽石!

人造鑽石
▲現在鑽石不用開採,只要在實驗室就能培養出各式顏色、大小的鑽石。(圖/記者劉育辰攝 2021.04.01)

記者劉育辰/台北報導

2021-04-04 09:00:00

全球每年大約1.3億克拉的鑽石被開採,總值近90億美元;其稀缺加上純淨、硬度、光澤、完美的切割工藝,讓許多人為之著迷,也因此誕生了「鑽石恆久遠,一顆永留傳」的經典廣告詞。但天然鑽石有限,近年來人工培養的「實驗室鑽石」開始風靡,台灣培養鑽石的技術雖不普及但卻領先各國,若能由國家領頭組成「鑽石國家隊」未來人造鑽石更可望能取代矽,成為半導體材料,大幅加快電子產品性能。

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目前「實驗室鑽石」有兩種培養方式。一種是高壓高溫法(HPHT),首先把晶種放入生長池中,然後將石墨插入晶種頂部,在無氧環境下加熱到攝氏1,500度,並加壓到大氣壓力的7萬倍,模擬地表下的地質作用,這時生長池中的石墨,會被熔化為液態碳,之後的冷卻過程中,液態碳會在晶種外層結合成碳晶體,讓小鑽石變成大鑽石。

第二種方式,則是化學氣相沉積法(CVD)。這類作法也是以晶種為基底,在晶種頂部注入碳氫化合物氣體或甲烷,接著啟動高功率微波,使碳原子與氫原子分開,這時游離的碳原子就會逐漸附著到晶種上,慢漫沉積成結晶狀的鑽石。

有趣的是,CVD合成法的許多專利之所以能成功,靠得全是台灣團隊!目前在台灣擔任CVD實驗室鑽石顧問的物理博士顏志學表示,他從30年前開始研究CVD鑽石培養,人工鑽石跟天然鑽石可以說是沒有差異的,使用層面也相當廣泛,不只是飾品,甚至在國防武器、航太產業都能用得到。

顏志學也提到,現在人造鑽石已經被美國列為戰略物資,正是因為它跟天然鑽石一樣,既能耐熱、耐高伏特還抗輻射,但又不像天然鑽石,開採有限、供貨不穩定,只要在實驗室,就能培養出一模一樣的東西;可運用在戰機、雷射砲、衛星上。若能由國家領頭成立「鑽石國家隊」,相信實驗室鑽石未來還能有機會取代矽,成為半導體材料,打造「護國群山」。

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