超硬材料網(wǎng)

       近期，大阪大學的研究人員證明，激光壓印在由硬質(zhì)和重質(zhì)材料制成的核聚變燃料的膠囊上的微擾得到了緩解。利用最新的化學氣相沉積(CVD)方法，他們還生產(chǎn)了高精度的金剛石燃料膠囊，這是一項適用于聚變?nèi)剂系年P(guān)鍵技術(shù)。

       當通過以膠囊的形式壓縮燃料靶來啟動核聚變反應(yīng)時, 由輻照不均勻性引起的激光壓印的擾動在膠囊的表面上增長。在慣性約束聚變（ICF）中，燃料膠囊直接用激光束照射，激光壓印和膠囊的表面粗糙度防止燃料的壓縮和加熱成為主要問題。

       在這項研究中，研究人員首先嘗試減輕激光壓印的擾動。考慮到金剛石在100 GPa的超高壓下硬度高且彈性好的事實，他們進行了關(guān)于材料剛度和密度對抑制壓印擾動影響的基本實驗和模擬。研究結(jié)果表明，激光壓印在金剛石膠囊表面上的擾動減少到傳統(tǒng)膠囊材料聚苯乙烯的約30％。這些研究結(jié)果發(fā)表于《等離子體物理學》。

       此外，大阪大學激光工程研究所和國家先進工業(yè)科學技術(shù)研究所（AIST）的研究人員制造出具有表面光滑度（<0.1μm）和球形度為99.7％的高度均勻的金剛石。通過采用熱絲化學氣相沉積 (HFCVD) 技術(shù), 通過分解由氫氣和甲烷組成的氣體混合物生產(chǎn)。該方法不需要拋光處理，可以避免拋光過程造成損傷，防止因加工損傷而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對加工表面引起問題，從而實現(xiàn)了核聚變膠囊的大批量生產(chǎn)。

       作者Keisuke Shigemori表示：“使用堅硬且不產(chǎn)生激光印記的金剛石作為燃料膠囊的材料，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的壓縮和激光聚變?nèi)剂系母咝Ъ訜幔铀俸司圩兎磻?yīng)。”

       金剛石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學穩(wěn)定性等，如下表。雖然天然金剛石具有這些獨一無二的特性，但是它們一直僅僅是以寶石的形式存在，其性質(zhì)的多變性和稀有性極大地限制了其應(yīng)用。而洛陽譽芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優(yōu)異的物理化學性能集一身，且成本較天然金剛石低，能夠制備各種幾何形狀，在電子、光學、機械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。