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项目年度编号
2400072052
中图分类号
TP212.14
成果公布年份
2024
成果简介
食品安全关系国计民生。线上实时监测是保障食品安全的关键。针对硅、锗基中红外衰减全反射(ATR)液相传感器体积庞大、易腐蚀和难以实现线上检测等问题，该项目结合金刚石光透过范围宽、耐腐蚀的特点和马赫-曾德干涉仪(MZI)检测灵敏度高的优势，开发可用于实时在线监测的金刚石薄膜基光波导MZI中红外传感器，研究了器件制备中金刚石波导、MZI构型设计及其对中红外检测性能的影响规律、金刚石薄膜的成分和表面状态对其光学性能的影响、金刚石薄膜的n型、p型掺杂及其对热光特性的影响规律等关键科学问题，突破了高灵敏度MZI研制的关键瓶颈。主要创新成果有：
(1)实现相变法制备高迁移率n型纳米金刚石薄膜，解决了载流子色散型移相器研制的关键难题移相器是获得高性能MZI的重要部件。载流子色散型移相器可高效实现移相，其制备需要p型和n型金刚石，而n型金刚石的制备为世界难题。该项目利用相变法获得了高迁移率n型密堆积纳米金刚石薄膜，解决了色散型移相器研制的关键难题。
(2)发现石墨低压相变为金刚石的机理，为基于易加工的石墨制备金刚石波导提供了新路径该项目发现了石墨低压相变为金刚石的机理，颠覆了“实验上石墨高温高压才能转变为金刚石”的传统观念；发明了石墨低压相变制备金刚石的新方法，对于金刚石行业的发展有重要价值；也为基于石墨低压制备金刚石波导提供了新路径，对于发展金刚石薄膜波导基液相传感器有重要意义。
(3)发明了石墨常压相变制备金刚石的方法，为金刚石的制备拓展了新途径。
该项目发明了常压下使石墨转变为金刚石的方法，获签企业千万级横向项目；相关机理应用于企业优化压机工艺，节本增效，取得了良好的经济效益；并应用于CO<sub>2</sub>转变为金刚石的工艺和设备研发，助力双碳战略；也为基于易打磨抛光的石墨常压制备金刚石波导提供了新路径。
以上研究解决了金刚石薄膜基光波导MZI中红外液相传感器研制中的若干关键科学问题，为器件的研制奠定了扎实的实验和理论基础，为高质量波导提供了关键材料，对于保障食品安全有重要意义。
完成单位
浙江工业大学
完成人
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