一步法实现自支撑金刚石微管制备

微管是微流控、生物医学和微电子器件中的重要微结构，可用于药物输送、生物传感、神经刺激以及热传递等场景。传统银、硅等微管材料在氧化、脆性、长期稳定性和生物相容性方面存在一定局限。金刚石则兼具良好的生物相容性、高硬度、高热导率、低热膨胀系数、化学惰性和耐磨性；进一步通过硼掺杂，还能够获得可调的导电性能，因此在植入式器件、微电极和生物传感等方向具有潜在价值。

近期，西班牙加的斯大学、比利时IMOMEC及哈瑟尔特大学研究团队开展合作研究，提出了一种基于碳纤维基底的一步法金刚石微管制备工艺，通过MW PE CVD同步完成碳纤维刻蚀与硼掺杂金刚石生长，为金刚石微管制造提供了新的工艺路径。相关成果以“One-step fabrication of diamond microtubes: A proof of concept”为题，发表于《Carbon》。

核心思路：让“生长”和“刻蚀”同步发生

金刚石微管制造的难点在于，传统方法通常需要先在钨丝等柱状基底上生长金刚石，再通过化学刻蚀去除内部基底，本质上是“生长+去除”的两步工艺，制造时间和成本较高。此前也有铜包覆石墨丝的一步法，但所得微管尺寸有限，并可能存在铜残留，限制了其生物医学应用。

本研究的关键思路，是直接采用碳纤维作为牺牲基底，通过微波等离子体增强化学气相沉积（MW PE CVD）同步完成金刚石生长与碳纤维刻蚀。由于碳纤维具有石墨化碳结构，在氢等离子体环境中会发生刻蚀；与此同时，金刚石晶粒在碳纤维表面不断成核、生长。研究认为，金刚石生长速率与碳纤维刻蚀速率之间的平衡，是形成自支撑空心微管的关键。纳米金刚石籽晶预处理则进一步调节了这一动态关系。

实验证明：实现微米尺度空心金刚石结构

研究团队以PAN基碳纤维为基底，经过纳米金刚石籽晶处理后进行MW PE CVD生长，并利用SEM、Raman和HR-TEM等手段对结构和材料组成进行验证。最终获得了外径约13.0 μm、内径约6.9 μm的多晶硼掺杂金刚石微管，长度达到几十微米。研究估算金刚石生长速率约650 nm/h，生长与刻蚀速率之比约为1.9。Raman分析显示其金刚石质量因子约96%，HR-TEM进一步确认了金刚石晶体结构。

不过，这项工作目前仍属于概念验证（proof of concept）。实验中微管形成效率仅为0.35%，主要原因是碳纤维束内部存在明显的温度梯度和等离子体遮蔽效应，使不同位置的碳纤维具有不同的生长、刻蚀条件。作者认为，未来可通过优化基底夹具、碳纤维间距及生长条件，提高整个基底区域的工艺均匀性。

意义：为复杂金刚石微结构制造提供新思路

这项研究的价值并不在于已经实现了高效率制造，而在于证明了一种新的结构形成机制：利用碳纤维在氢等离子体中的可刻蚀特性，使“牺牲基底去除”直接融入金刚石CVD生长过程，从而将传统两步制造压缩为一步。作者认为，硼掺杂金刚石微管兼具电学、热学、机械和结构优势，未来有望进一步探索其在微流控、微电极以及其他微器件中的应用。