“研究中心的logo造型是一颗钻石，因为我们研究金刚石，上面有三颗闪光的星星，表示我们主要研究的是金刚石的光电性能；三也寓意‘三生万物’，成果多多。”近日，在坐落于德清的莫干山金刚石研究中心，胡晓君略带自豪地向潮新闻记者介绍。

莫干山金刚石研究中心。图片由受访者提供

浙江工业大学材料科学与工程学院副院长，金刚石研究领域教授、博士生导师、两个省级科研平台负责人、四十多人科研团队负责人……胡晓君有着多重身份。

捕获石墨“变身”金刚石清晰证据，为发展金刚石合成新方法提供理论依据，她在实验室点“石”成“钻”；攀登科研高峰二十余年，推进十几个科研项目，拿下三十多个专利，她一直坚持做自己认为对的事……

这样一位女科学家背后，有怎样的故事和力量？关于未来，她又有怎样的期待和目标？

捕获金刚石形成证据，在实验室“变”出璀璨钻石

金刚石，化学式C，是天然存在最坚硬的物质，也是常见钻石的原身。

拿一个器皿当“晶床”，往里播种生长钻石的“籽晶”种子（小金刚石），覆盖上“触媒”土壤，再加入金刚石的“孪生兄弟”石墨，给予一定的高温高压环境，柔软的石墨就会成功“变身”坚硬的钻石……在后续的提纯、切割和打磨下，一颗璀璨夺目的钻石就这样诞生了。

多倍镜下看到的“人造钻石”。图源：新华社

在科技的力量下，点“石”成“钻”，早已不是梦想，但人造金刚石的形成机制却一直是困扰材料领域科学家们的难题——

过去，石墨只能在高温高压环境下转变成金刚石。胡晓君团队通过多年研究，发现石墨在低压及常压下也能转变为金刚石。2022年4月，相关成果在国际知名期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS)上发表。通过“复原”化学气相沉积金刚石的生长过程，团队捕获到了石墨低压下清晰“变身”金刚石的证据。

这一发现颠覆了一直以来“实验室石墨只能在高温高压下转变为金刚石”的传统观念，为金刚石的合成提供了新的策略及理论依据。

刚从原子层沉积设备中取出的石墨粉。潮新闻见习记者 吴馥梅 摄

“2011年的时候，我们第一次发现了常压下纳米金刚石薄膜中的石墨到金刚石的相变，直到2022年，我们终于可以解释这种常压相变是怎么实现的。”胡晓君表示，目前已经实现了常压下把少量纯石墨转变为金刚石。

近年来，胡晓君带领团队继续深耕，又开展了不锈钢表面沉积金刚石薄膜、色心金刚石制备及性能调控、金刚石表面氧化第一性原理等基础性研究。

“以不锈钢表面沉积金刚石薄膜为例，这项研究攻克了薄膜形成时结合力低易脱落问题，成功在不锈钢表面制备了附着力良好的金刚石薄膜。”胡晓君说。

“坚持与热爱”，雄关漫道真如铁

一身深色衣，脖间系着彩色丝巾，说话温柔耐心的胡晓君，言语间透着对自己科研的坚持和热爱。

在她看来，任何科研创新道路的开辟，都像在荒野中独自前行，“在找不到答案的时候，要耐得住性子。”胡晓君说。

胡晓君参加学术会议。图片由受访者提供

她身上的这种特质不仅体现在研究领域的选择上，更体现在她从事科研工作时的敏锐度和细致度，“善于发现别人忽略的东西”。

“我常会感觉，自己和研究对象有着很深的链接。能够从纷繁复杂的数据中，迅速找到关键点，我觉得是敏锐度在起作用。”胡晓君向潮新闻记者介绍，在超小尺寸硅空位色心金刚石制备中，她带领团队成员曾在全黑的暗室中“寻找”了三天“光”，最终测试证明了在2-4纳米金刚石中，含有少于 3 个色心。而金刚石中的色心，正好适用于量子领域的单光子源研制。最终，这一发现得到了著名量子信息学家、中国科学院院士郭光灿的高度评价。

胡晓君带领团队参加中国人造金刚石合成60周年纪念大会。图片由受访者提供

“每一个新发现其实都不是一蹴而就的，都是经过仔细观察、反复思考之后提炼出来的。”正是对选择目标的坚定性，及敏锐的观察力和感知力，才让胡晓君突破一个个难关走到今天。

归根结底，科研之路是漫长之路，要勇往直前，也要静得下心，沉得住气。每一个璀璨闪光的瞬间背后，都有漫长的艰难摸索阶段。

迈向科研更高峰，让“材料之王”有更多用武之地

在金刚石研究这一条路上，胡晓君已经走了二十多年。

2004年，胡晓君博士毕业后从上海来到杭州，入职浙江工业大学。但直至2013年，她的实验室才拥有了首台HFCVD设备，曾一度要为做实验“四处奔波”。

但如今，随着科研环境变好，在她的实验室里，HFCVD（热丝化学气相沉积设备）、MWCVD（微波等离子体化学气相沉积设备）、ALD（原子层沉积设备）等设备一应俱全，“巧妇不再愁于无米之炊”。

器材齐全的实验室。潮新闻见习记者 吴馥梅 摄

“纳米金刚石薄膜的n型掺杂”，这是胡晓君的科研主线任务，即通过掺杂杂质，让金刚石实现电子导电。“我其实是非常幸运的，读博时就找到了一个可以做一辈子的课题，因为这个领域足够难。”

尽管主线任务不变，但在不同的研究阶段，胡晓君也向外延伸出多个研究分支，如硼掺杂金刚石薄膜电化学性能研究、与浙江大学温州研究院合作研发二氧化碳转变为金刚石的设备及工艺等。

胡晓君研究脉络图。潮新闻见习记者 吴馥梅 摄

“好像在爬一座特别高的山，路途中又捡到了其他几个宝贝。”胡晓君这么形容自己的科研之路。

首次发现常压石墨/金刚石相变，揭示化学气相沉积金刚石形成机制，通过调控金刚石晶粒尺寸实现色心数目调控新方法……三十多个实实在在的专利证书，印证了一个个如钻石般璀璨的研究成果。

一直以来，金刚石有着“材料之王”之称。胡晓君介绍，除了观赏性的钻石之外，作为一个多功能材料，金刚石可以广泛应用于医疗、工业生产、生物成像等领域。

“金刚石的功能特性太厉害了，我们目前用到的只是九牛一毛。”胡晓君说，例如，把金刚石作为电极材料，让水产生臭氧作为保湿产品还可有淡斑效果；在手术刀表面涂上金刚石薄膜，可延长使用寿命；金刚石色心作为固态单光子源，在量子通信、荧光标记和生物成像领域具有重要应用……

在胡晓君看来，科研探索是永无止境的。一方面要推动科研产业化，与此同时，关注产业和社会需求，反向推动科研进步也尤为重要。

目前，胡晓君团队正与企业开展合作，共同研发金刚石制备新方法。

“科研这座山，我现在应该爬到了山腰往上一点，有幸捡到沿途的‘宝贝’之后，我还要迈向更高更远处。”窗外透进的阳光打在她侧脸上，胡晓君目光坚定。

来源: 科普6667f75fb9817

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