单晶金刚石具有硬度高、化学稳定性好等特点，但是高效率、高质量抛光一直是一个难点。目前主要的抛光方式包括普通机械抛光、热机械抛光、离子束抛光和化学机械抛光等。普通机械抛光材料去除速率较低，而且表面粗糙度为664 nm；热机械抛光设备和程序复杂，有热畸变效应，其表面粗糙度能达到约6 nm；离子束抛光金刚石表面会出现明显的坑，表面粗糙度约为14 nm；化学机械抛光表面粗糙度可达0.5 nm，因此化学机械抛光是目前最好的单晶金刚石抛光方法。
近期，大连理工大学金洙吉教授团队对单晶金刚石的化学机械抛光方法进行研究，发现采用可见光辅助纳米金刚石/CuFe层状双金属氢氧化物/双氧水混合抛光液可同时达到高的材料去除率和低表面粗糙度。相关结果以“Visible-light catalyzed assisted chemical mechanical polishing of single crystal diamond”为题，发表在Diamond & Related Materials上。
由于单晶金刚石的高硬度、高耐磨性和高化学稳定性，要达到超过300 nm/h的材料去除速率以及Ra<0.5 nm的表面粗糙度非常困难。由芬顿反应产生的羟基自由基具有极强的氧化性，可用于化学机械抛光。在本文中，使用纳米金刚石（ND）和CuFe层状双金属氢氧化物（LDH）制备了ND/LDH催化剂用于光致芬顿反应。作者测试了四组影响羟基自由基浓度变化的反应介质与条件，包括过氧化氢、硫酸亚铁双氧水混合液、ND/LDH催化剂双氧水混合液、可见光照射下ND/LDH催化剂双氧水混合液。并且研究了添加了金刚石粉末后的四组介质溶液对单晶金刚石抛光的影响。
结果表明，可见光照射下，ND/LDH催化剂双氧水混合液可以产生最高浓度的羟基自由基，可以获得最高质量和最高效率的单晶金刚石表面抛光，材料去除速率和表面粗糙度分别达到370 nm/h和0.110 nm。
文章信息：
Huipeng Yang, Zhuji Jin, Lin Niu, Hongchao Wang, Hao Niu. Visible-light catalyzed assisted chemical mechanical polishing of single crystal diamond[J]. Diamond & Related Materials, 2022, 125:108982.
DOI: 10.1016/j.diamond.2022.108982
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