書香聊天室 2013-10-21

光華璀璨 林諭男沉浸於鑽石世界

淡江學術圈:學術研究人員專題報導

光華璀璨 林諭男沉浸於鑽石世界

研究緣起

夢想的萌發來自興趣與際遇

一跨進鑽石世界就是20餘年,長年研究於鑽石薄膜的物理系教授林諭男既興奮又謙虛地分享說:「從最初興趣的萌發,到現在,一路上伴隨且激勵我的,就是你所看到的這點成果。長期投入研究沒有訣竅,堅持下去就對了!」一切都在興趣與際遇交織下誕生的。獨鍾於物理的種子早在高中就播下了,物理是變化多端且亟需邏輯概念的一門課,緣份讓他遇見啟蒙良師,興趣就慢慢延伸成未來的路。

林諭男認為從事研究是一個自我學習的過程,他大幅擴充自己的研究智庫是在攻讀博士的學涯時,並評估自我能力能夠做什麼研究。這時的他,總是為了獲取新知而跟學長討論趨勢所在,好奇心驅使著他以申請國科會計畫為目標,並經常出席國際會議,以求與世界接軌,從中剖析出哪些科技是具有發展或工業化的潛力。

研究主軸

超奈米晶鑽石薄膜

提到林諭男的研究主軸:「超奈米晶鑽石(Ultrananocrystalline diamond, 簡稱UNCD)薄膜」,他打趣地說:「這是『能屈能伸』非常有趣的薄膜材料,應用上極具彈性。」

UNCD薄膜擁有非常特殊的微結構,由於晶粒極小,因此薄膜表面非常平滑,擁有極低的摩擦係數,成為極佳潤滑材料,適用於如軸承、滾珠螺桿等元件之表面鍍層。若在鍍膜電漿中,加入少許氫氣,便可大幅提升UNCD的硬度。因為絕緣電阻高,又擁有高熱傳導率,是絕佳散熱材料。因為既能絕緣(製作傳輸導線需要)又能散熱,所以是LED及CPU等IC元件最理想的封裝材料。

UNCD薄膜具有某種程度的導電性,然而導電率不夠高,無法像奈米碳管般,成為良好的場發射電子源。林諭男便致力提升其導電性:「利用氮氣電漿取代氬氣電漿成長鑽石薄膜,在適當條件下可以得到針狀奈米晶粒,是具有非常高的電導率」。可以不加溫就產生電子!而一般熱燈絲式的電子源,則需加熱至上千度才能產生電子。

研究歷程

慎選方向 持續改進 決心攻頂

提到從事研究的首項難題,林諭男表示:「在特定領域上要比一般人卓越,慎選研究專長是重點!」他認為很多研究可能具有發展潛力卻非自己能力所及,「我讀的是材料博士,雖然當時人造衛星是非常具有前景的,但我選擇自己的專長。」而訂定研究題目後才是考驗的開始,持續力是一個研究人員的致勝關鍵。

選擇鑽石薄膜為研究只是個開端,成果的關鍵是在研究方向的切入點。多種合成方法中,林諭男選擇用微波電漿法合成鑽石薄膜,他解釋:「一切的選擇機緣都發生在清華材料中心做研究時,發掘了鑽石薄膜的未來性,那時候中心給了我一筆錢,讓我去研究,我提出的要求就是一臺微波電漿鑽石薄膜機臺,這一投入,半甲子歲月就過去了。」

這段日子,林諭男不斷地研究他人的成果,他山之石可以攻錯,他希望從中找出缺失後,不斷進行測試,尋找改善的可能性,不管是學術上或是應用上,林諭男都渴望精益求精。他興奮地說:「這項技術可利用在顯示器上,新一代顯示器需要用到扁平的場發射源,當初就是對平面顯示器有興趣,因而延伸到改良其性質,並發現場發射電子源是關鍵材料。想起過往研究的鑽石薄膜特性,因而將薄膜印長在電子源上。」林諭男的研究就像被點燃的引信,如火如荼地展開了。

他思考著如何讓鑽石薄膜更有效率的發射電子,不知不覺中就超越了前人文獻裡的數據記載。受到鼓舞的林諭男發表多篇論文,並持續改良,他已超越自我。而期許自己不斷突破,成了他研究背後的動力與推手。每次的期刊發表及參與國際會議都是他邁向成功的中繼站,林諭男欣慰地分享:「期刊及研討會是讓我埋首研究而不會感到孤獨的舞台。」

研究成果

揭開鑽石薄膜的秘密

林諭男揭開了鑽石薄膜的秘密:「很多人都會以為鑽石薄膜的成本大部分來自材料,而其製成是利用甲烷長出來的,成本實際落在生長的速度甚慢這一環。」因為不斷地精進與研究,林諭男利用電漿使鑽石薄膜導電性及發射電子的效果皆優於他人,並建立起自己的學術招牌。

林諭男笑道:「10月7至9日我受邀至成功大學參與IEEENMDC國際研討會,IEEE是國際上工程界最大的學術團體,其研究範圍擴及半導體、機械及超聲波元件等,很榮幸大會找我主持其中一天的奈米鑽石研討議程,顯示鑽石薄膜的遠景是被看好的!」結束臺南的發表後,立即回本校舉辦鑽石薄膜應用研討會,這一天的研討會代表的是20餘年來辛勞的結晶。

林諭男的研究申請了多項專利,多半集中在導電性的鑽石薄膜。其中兩項是關於如何做到導電性鑽石薄膜,另一項是與應用相關。他說:「一整項配套的專利若被廠商看中時,即使整套配置給了廠商,但專利都還留在本校。在研究有所成果的同時也能回饋淡江,甚而獲取更多經費以協助其他相關研究,就更理想了。」

展望與契機

林諭男深信科技來自於人性。在平板電腦與智慧型手機普及的現在,鑽石薄膜可說是亮眼的明日之星,碳家族中的它除了能長大成為亮晶晶的「寶石」之外。在工程上,鑽石薄膜擁有的優越特性,具有無限應用潛力,如高導電性UNCD薄膜可用來開發「場發射平面顯示器」,以取代並改良現今使用的平面電視、筆記型電腦螢幕等。

我們知道,人體中缺少多巴胺與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH),會引發帕金森症或阿茲海默症。高導電性的UNCD薄膜,有著非常好的生物相容性與化學安定性,並且有優異的電化學性能和長期化學穩定性,可用於檢測多巴胺與NADH具高靈敏度及高鑑別率。

再者,重金屬汚染是現今工業化社會最重要的環保議題,氮摻雜高導電性UNCD薄膜對重金屬汚染的檢測,有高靈敏度,且電化學法是既便宜又可靠的檢測法。

鑽石薄膜可以說是「碳系家族」中最具有商業價值的,也是未來「碳系材料」的紀元中,最令人矚目的材料。對熱愛研究的林諭男教授而言,他的堅持始終如鑽石閃耀璀璨光芒!

NO.907 | 更新時間:2014-09-05 | 點閱:2774 | 下載:

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