育人为本在结构化学教学中的探索与实践 应用化学    2024, 41 (3): 445-451.   DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.230254

介绍金刚石型结构时，展示晶胞模型，如图2A所示（浅蓝和深蓝代表同一碳原子，颜色不同是为了更清楚看清空间结构），8个顶点和6个面心为碳（C）原子，位于体内4个四面体空隙的4个C原子构成四面体构型，结构基元含2个C原子（浅蓝和深蓝分别表示周围环境不同的2种C原子），因此空间点阵型式为面心立方。 接着引入科技前沿，如以硅（Si）、锗（Ge）为主的第1代半导体材料使用至今已有70余年之久，但硅自身存在物理性质缺陷，导致其在高频功率器件上的应用不佳［5］。 之后，人类开始探索以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的第2代半导体材料，作为第2代半导体材料的代表GaAs晶体结构属于立方ZnS型（闪锌矿）（立方ZnS型结构如图2A， 浅蓝色代表S2-，位于8个顶点和6个面心；深蓝色代表Zn2+，位于体内4个四面体空隙，且Zn2+构成四面体结构），综合性能优于Si，具有高频、抗辐射和耐高电压等特性，因此广泛应用在主流的商用无线通讯（手机与无线网路（Wi-Fi））、光通讯以及先进的国防、航空及卫星用途上［6］。 21 世纪初，以金刚石、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等为主的具有超宽带隙特性的第3代半导体材料开始进入人们视野，其中金刚石由于自身特性成为了其中备受关注的佼佼者，甚至业界将其称为 “终极半导体材料”［5］。 另外，用高温高压合成的纳米金刚石（又称纳米钻石），经过40 keV的He+轰击并高温退火制备成发荧光的纳米金刚石（图2B）［7］，则它的优势与应用体现在哪里呢？列举将生物相容性的纳米金刚石作为载体输送药物、基因等的研究［8-9］。