超硬材料网

        在瑞士国家科学基金会的支持下，研究人员发明了一项雕刻材料的新技术，用来构建微机械系统。其中最特别的部分，就是他们利用人造单晶金刚石生产出了一种极其微小的手表部件。

        金刚石质地坚硬，韧度十足，有很好的导热性，并且高度透明，因此是很多机械设备和光学装置的理想材料。但同时，要将金刚石进行微米级（千分之一毫米）的精确切割又十分具有挑战性。在瑞士国家科学基金会的资助下，来自瑞士洛桑联邦理工学院的Neils Quack教授和他的团队发明了一种新的方法，可以从人造单晶金刚石上雕刻出一个微机械手表系统，即一只直径三毫米的擒纵轮和擒纵叉。

擒纵轮，人造金刚石制，宽3mm。

        “反应离子刻蚀”技术广泛应用于计算机芯片领域，该团队对这一技术作了改善，成功地将人造金刚石刻蚀成0.15毫米厚的三维形状，比现存最厚的结构厚三倍。“我们正在逐渐靠近手表行业的标准厚度，也就是0.2毫米。”Quack说道，“这项技术引起了行业内关注，目前我们正在和一个瑞士手表公司洽谈。我们认为金刚石可以减少摩擦，增加动力储存，即延长手表需要再次上发条的时间。不过这还只是个有待证实的假设。”在制表业，金刚石还有其他的优点：它具有透明度，可以进行上色，此外，金刚石的无磁性也正是当前市场高度追捧的属性。

镊子尖端一个直径0.75mm的金刚石擒纵轮，下为一硅晶片，装配过程中作为支架。

一只单晶人造金刚石制的手表部件擒纵叉。

工业专利

        之前，由于离子（带电原子）在电场加速时，不仅移动了选定位置的金刚石焊层，还侵蚀了规定目标形状的膜层，“反应离子刻蚀”技术只能产生厚度为0.05毫米的结构。因此，所得结构的厚度受到膜层抗力和厚度的限制。瑞士洛桑联邦理工学院微电子学研究所一位名叫Adrien Toros的科研助手在不到半年时间内，发明了一种双层膜，这种膜由一层铝和一层二氧化硅构成，铝层能很好地吸附金刚石，其外的二氧化硅层较厚，更能抵抗离子反应的影响。该项技术能加快刻蚀过程，实现几近垂直的深入切割。

        在Innosuisse（此前为CTI）的支持下，该团队计划同瑞士的人造金刚石生产商Lake Diamond合作，此前他们已经共同申请了一项专利。该公司的首席执行官Pascal Gallo透露：“在中期我们将利用这项技术进行微米级部件的精准生产和商业化，从而扩大我们的制造领域。”

        此外还有另一个项目也在实施中，研究人员正在努力从超纯金刚石中制作光学元件，例如，热成像过程中能在红外光谱中进行操作的透镜，以及工业切割所使用的激光器件等。

        Niels Quack说：“2015年我开始这项研究时，从未设想过这些工业应用。但是多亏了Gebert Rüf Stiftung基金会的支持，让我们很快看到了项目的大好前景，然后成功地将其发展成实用的工业应用。于我而言，这完美地证明了基础研究经常会带来一些意想不到的应用，这对于工业领域来说十分具有吸引力。保持思维开放太重要了！”

        这项研究在瑞士洛桑联邦理工学院进行，受瑞士国家科学基金会的SNSF Professorship支持（这项基金计划现已改为SNSF Eccellenza Professorial Fellowhips）。同时该项目也受到Gebert Rüf Stiftung基金会和位于伊韦尔东的Lake Diamond公司的支持，后者提供了人造单晶金刚石。该公司的首席执行官Pascal Gallo是论文的合著者。这些部件在瑞士洛桑联邦理工学院的微纳米技术中心进行了装配。