“鉆石的特性遠遠超出其作為珠寶的價值。包括在最新的智能手機、高功率激光、高端音頻系統以及量子傳感設備等一系列工業領域更能發揮鉆石的極端性能，而早在16世紀，鉆石也已經被用于切割和拋光其他堅硬的寶石。但天然鉆石的稀缺和不一致性使其技術發展難以為繼。”以上是2020年Element Six公司首席科學家Stephanie Liggins博士在“Gems&Jewellery”雜志發表 “Beyond the Fire”的署名文章的前言。

自1959年以來，Element Six一直專注于開發金剛石合成工藝，以實現創新的合成金剛石和碳化鎢解決方案。Element Six目前采用兩種工藝合成鉆石材料——第一種是最常見的高溫高壓法（HPHT）,即模擬天然金剛石形成條件制備，該方法適合磨料應用需求，比如用于汽車、消費電子產品、石油天然氣以及采礦等；第二種是化學氣相沉積（CVD）法，該技術的發展使得合成鉆石產品具備一致性，大大提升了工業應用潛力，并可以按照應用進行定制，這也是高端合成鉆石產品的主要路線。CVD生長材料使用高純氣體在超過2000℃下進行反應，通過添加氣體摻雜硼或氮，精細的溫度和壓力控制可以使其生成聚晶或單晶，性質可以是絕緣或導電，透明或不透明，甚至是一系列不同的色彩變化。

Stephanie Liggins博士在文章中分享了全球合成鉆石領頭羊的Element Six為工業應用提供的兩個創新解決方案——

左三為高音揚聲器中的鉆石振膜

聚晶CVD金剛石作為振膜不僅堅固耐用，穩定性好，最重要的是在2kHz高音頻上不失真。當然，這需要將鉆石計出完美的幾何形狀、曲率半徑、厚度和直徑，從而提供完美的性能和性能。

用于廢水處理的摻硼金剛石晶片電池

工業廢水通常生物降解性低，而分解有機物和氧化無機化合物需要消耗大量氧氣，這也導致水體環境惡化，水生生物死亡。摻硼導電CVD金剛石適合惡劣環境下作為獨立電極，相比傳統電化學元件可以在更高電流下工作。同時它對水的催化作用也低得多，因此不會產生氧氣，而是氧化水中羥基離子，形成臨界自由基，這意味著不會對電極造成影響，同時可以氧化有機污染物。再直白一點，摻硼金剛石電極的使用壽命單位是年，而其他替代品則只有數小時而已。2018年，該Diamox專利電化學高級氧化電池技術已被西門子用于有效處理頑固性工業廢水的氧化技術。

近年成就與重點市場

以下，小編整理部分Element Six從2020年以來在合成鉆石商業化產品上的成就，以及重點市場推出的系列產品，從中或許能夠一探其合成鉆石的技術進展以及市場嗅覺的銳度。

一、量子測量金剛石

2015年，“自然”雜志報道了合成鉆石用于量子測量的實驗，而這當然引起業界重視。時間來到2020年6月，Element Six推出其首款商用通用CVD量子級金剛石DNV-B1^TM,它可以用于量子演示、微波激射器、射頻輻射檢測、陀螺儀、傳感和進一步項目的氮空位(NV)精密測量系統。該公司首席科學家Matthew Markham評論：“通過化學氣相沉積法生長鉆石意味著，首先，我的團隊可以可控且可重復地用氮摻雜生長的鉆石。然后，在隨后的輻照和退火步驟之后，他們能夠生產出包含均勻且可重復的 NV 自旋中心濃度且自旋壽命為微秒的鉆石”。

2021年9月，Element Six推出最新的通用量子級金剛石——DNV-B14^TM，與首款產品DNV-B1^TM相比NV色心密度增加了 10 倍以上。值得一提的是，洛克希德馬丁公司2019年的黑冰計劃還依賴于圍繞DNV系列量子金剛石構建的磁力計，該磁力計可測量幾乎無法察覺的磁場異常的方向和強度，從而為GPS失效環境的導航開辟了新的可能性。

二、PCBN氮化硼聚晶工具

2021年2月，Element Six宣布作為工具解決方案提供商參與歐盟一項旨在擴大攪拌摩擦焊(FSW)規模以在航運業大規模采用的研究計劃。(FSW)是一種高完整性、低變形和環境友好的焊接技術，可實現高強度焊縫的自動化生產。該技術也可以在水下工作，它結合了改進的質量、生產速度和成本效率。作為該計劃的一部分，其負責開發具有各種尺寸的專用多晶立方氮化硼(PCBN)工具PURECUT^TM，用于焊接各種海洋應用所需的鋼材。

三、硬質合金重型刀具

2021年8月，Element Six推出用于高磨料銑削和回收作業的新型重型刀具系列，其利用專有“納米技術”來增強鈷粘合劑基體并優化磨損，而不會影響鉆頭的韌性。與競爭產品相比，這些創新的硬質合金產生了一種通用的鉆頭，可提供更高的操作效率。

四、熱管理

傳統熱管理解決方案的局限性會給設備和組件帶來嚴重的瓶頸，這迫使航空航天、電信和國防工業的系統設計人員在尺寸、性能和可靠性之間做出妥協。CVD金剛石則正被Element Six用于減少熱管理瓶頸，并在一系列電子應用中實現更低的工作溫度、更高的性能和更長的系統壽命，比如CVD金剛石散熱片可以使氮化鎵（GaN）固態射頻X波段功率放大器、先進專用集成電路（ASIC）和激光二極管等產品的整體系統生產率提高一倍以上。

DIAFILM^TM視為終極半導體熱管理解決方案

DIAFILM^TM適用于大功率射頻、光電和高壓電力半導體器件，它減少了設備附近的熱梯度，使散熱器更加高效，并允許在不增加系統尺寸或降低工作環境溫度的情況下使用高功率設備。

Diafilm^TMETC700導電金剛石散熱片

這是第一款導電CVD金剛石散熱片，在提供鉆石的卓越散熱性能的同時將電阻和射頻損耗降至最低。

現在和未來

以上不難看出Element Six正依托其CVD金剛石技術尋求和開發下一代合成鉆石解決方案，比如前文提及的量子級產品，其可制備用于醫療診斷等領域所需的量子磁場傳感器；再比如高純度納米工程精度的單晶金剛石……

最近在2022年的2月3日，Element Six向光子學和化合物半導體企業II-VI INCORPORATED授權其單晶金剛石技術，后者獲得了生產高質量單晶金剛石所需的知識產權和設備的許可，推動單晶金剛石在先進的功率和射頻電子產品，以及包括6G無線組件，以及生命科學、傳感、熱管理和量子計算中的其他新興應用。

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