摘要

       香港大學褚智勤副教授團隊和林原教授團隊提出了一種新型納米雕刻技術，利用空氣氧化法實現了金剛石顆粒的大規模形貌和納米結構重塑，成功制備出多種獨特形態的金剛石顆粒，這一技術顯著提升了金剛石材料在光學、量子技術和信息技術等多個領域的應用潛力。

       關于文章

       金剛石不僅在珠寶行業中廣為人知，還因其獨特的材料特性，如高硬度、高熱導率、寬帶隙和生物相容性等，在電子、光學、熱學和生物醫學等多個領域展現出廣泛的應用前景。在微觀和納米尺度上，金剛石顆粒的幾何形狀和結構直接影響其性能和應用效果。然而，由于金剛石的化學惰性和極高硬度，以及現有合成、制備和加工技術的局限性，制備具有精確形貌和結構的金剛石納米、微米顆粒一直面臨諸多挑戰。因此，如何靈活控制金剛石顆粒的形貌和表面結構，已成為材料科學家亟待解決的 重要課題。

       為了解決這一問題，香港大學褚智勤副教授團隊和林原教授團隊在最新研究中提出了一種創新的技術：“可編程納米雕刻”。考慮到金剛石顆粒具有不同的晶面和內部晶體缺陷，且這些結構展現出不同程度的反應活性，研究人員認為，空氣氧化作為一種簡單且直接的方法，通過選擇性氧化特定晶體結構，可以實現大規模的金剛石顆粒形狀工程。該方法通過精確選擇初始金剛石顆粒（包括種子、晶面和缺陷），結合蒙特卡洛模擬來預測特定的結構，并在適當的氧化條件（如溫度、時間和氧氣濃度）下進行處理，最終實現所需的金剛石顆粒的重塑。研究團隊成功制備了多種獨特微觀形貌的金剛石顆粒，包括球形、扭曲表面、錐形、倒錐形、納米花和多孔形等，并通過大量實驗驗證和蒙特卡洛模擬，建立了一個形狀庫，用于指導金剛石顆粒的設計、制造和實際應用開發。

       與傳統的物理或化學處理方法不同，這種納米雕刻技術使得研究人員能夠在納米尺度上精確地重塑金剛石顆粒的形態、表面和內部結構，從而有效改變金剛石顆粒的電學、光學等性質，為金剛石材料在新的應用領域開辟了廣闊的前景。例如，在光學領域，重塑后的金剛石顆粒可以用作高效的光學器件，充分利用其優異的光學性質，提升光學器件的性能和效率；在防偽技術中，獨特形貌的金剛石顆粒能夠用于制造難以復制的防偽標識，從而增強產品的安全性和防偽能力。這些新型金剛石顆粒的應用前景使得該技術在納米材料和多領域應用中具有重要的創新意義。

       研究團隊相信，這種納米雕刻技術的成功，不僅為金剛石材料的應用提供了新的視角，也為其他納米材料的精確設計和應用開辟了提供了新的思路和方法，同時也會為相關產業的發展提供重要參考。隨著該技術的進一步發展，預計它將在納米科技、量子技術以及高性能材料的領域中發揮越來越重要的作用。

       該研究結果已發表在ACS Nano期刊，DOI: 10.1021/acsnano.4c12436，并當選為2024年12月19日的ACS Editors' Choice推送文章。

       文章信息

       Scalable Reshaping of Diamond Particles via Programmable Nanosculpting

       Tongtong Zhang, Fuqiang Sun, Yaorong Wang, Yingchi Li, Jing Wang, Zhongqiang Wang, Kwai Hei Li, Ye Zhu, Qi Wang, Lei Shao, Ngai Wong, Dangyuan Lei, Yuan Lin*, Zhiqin Chu*

       ACS Nano

       DOI:10.1021/acsnano.4c12436

來源：Mat+