文/片 本报记者 修从涛
把头发做成“生命钻石” “把你的头发给我,我给你做成一颗钻石!”学冶金机械出身的王笃福,做过砂轮厂的工人,当过企业老总,最终走上了探索新材料这个新兴产业。 王笃福是济南中乌新材料有限公司董事长,他口中的钻石是在1500多摄氏度的高温和7万个大气压下,通过一定的技术转化,把头发中的碳元素石墨化后,长成了金刚石,也就是王笃福称之为的“生命钻石”。 说起踏入新材料领域,还得从王笃福2010年的一次出国考察讲起。2010年7月,王笃福跟随济南高新区中乌科技园出国考察,在乌克兰超硬材料所发现了人造金刚石技术。这个成立于苏联时期的研究所曾是超硬材料基础研究领域的佼佼者,但由于各种原因,技术仍停留在实验室阶段。 考虑再三之后,王笃福决定引进这项还不够成熟的技术。在随后七年里,王笃福团队经过技术的嫁接,产品的中试,产业化的实验,他的人工金刚石从最初只能长到0.2克拉不断扩展到今天最大可长到10克拉。 在王笃福的办公室里,记者看到了一批人工钻石的毛坯样品,它们不仅晶莹剔透、耀眼璀璨,与天然钻石看不出什么两样。王笃福介绍,这些钻石中一部分是利用人体头发培育出的国内第一批人工合成的大颗粒“生命钻石”。瞄准金刚石半导体方向 金刚石晶体的生长技术是多学科的技术集成,在济南高新区孙村战略性产业基地的厂房里有多台处于产业化实验阶段的大颗粒金刚石生产设备,70吨的生产设备经过一定时间的运行,就可以长出直径4-10毫米的金刚石,最快8天就生长一个批次。 王笃福介绍,目前公司生产的大颗粒金刚石最大单晶粒重达10克拉。自2015年8月开始试生产,截至目前累计生产金刚石单晶15万克拉,产品主要用于工具、CVD晶种和珠宝首饰行业。 “生命钻石”也好,大颗粒金刚石也好,在王笃福眼里,它们只是一种很重要的新材料。“大颗粒金刚石作为超硬材料、终极半导体材料,在工业加工、光学仪器、半导体等领域有着重要应用,且可以在航空航天、电力传输、雷达、制导等领域发挥作用。它的硬度、导热性、热稳定性,在光学、半导体方面的应用都是可以做出很大的市场。” 据悉,金刚石是已知材料中硬度最高的,理论上讲可以用来加工任何材料,比如用金刚石做成的车刀,加工的合金表面达到镜面级别,目前的一些高精端装备都是用金刚石加工而成的。而在珠宝首饰行业,“生命钻石”的特殊意义也让其具有了新的含义。但在王笃福看来,金刚石半导体才是他瞄准的研究方向。 “金刚石半导体的研究目前世界上还处在基础研究阶段。在金刚石半导体器件方面的研究和应用将会是一个全新的方向,我们这一次申请的国家重点研发计划的‘超宽禁带半导体材料与器件研究’,就把金刚石列为三种材料之首。”王笃福为自己设定了目标,争取在3-5年的时间,其团队研发出金刚石元器件,并能够从研发转入实际应用。发现新动能:宽禁带半导体将带来一个新产业 何谓宽禁带半导体?王笃福介绍,顾名思义,宽禁带就是禁带宽度高,可以在高温高压下使用。“比如有的手机打的时间长了,温度高了就不能工作了,就是因为它的半导体元器件不耐高温。金刚石半导体是宽禁带半导体的一种,一旦研发成功,耐高温工作将是其巨大的应用优势。” 据悉,宽禁带半导体具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优点,可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求,是半导体材料领域最有前景的材料,在国防、航空、航天、电力电子、光存储、显示以及白光照明等领域有着重要应用前景,市场潜力巨大。 济南高新区正在抢抓宽禁带半导体研发机遇。2016年12月,山东工业技术研究院和济南高新区管委会共同主办了宽禁带半导体产业基地揭牌暨合作项目签约。2017年3月31日,宽禁带半导体产业技术创新研究院召开论证会,对宽禁带半导体产业技术创新研究院建设方案进行了研讨论证,该研究院是山东工业技术研究院在宽禁带半导体方向规划的首个新型研发机构,由高新区内企业联合山东大学、南京大学、中科院等单位,整合晶体材料国家重点实验室、超宽禁带半导体省级重点实验室、纳电子工程研究中心等平台资源,完善从基础研究到应用技术和产业发展的创新链,通过科技成果群体涌现带动产业集群的发展,占领产业的高端,引领产业发展方向和产业创新,力争在5年内打造500亿元产业集群。 “将来宽禁带半导体能为高新区带来一个很大的产业。我们力争通过我们山东省超宽禁带半导体重点实验室和山东省工研院宽禁带半导体两个平台,使我们的金刚石半导体元器件首先研发成功。”王笃福说。