金剛石，即鉆石的原石，是一種天然礦物，具有很高的工業(yè)和科學(xué)價(jià)值。我校物理工程學(xué)院的“拓新者”團(tuán)隊(duì)將金剛石運(yùn)用于日盲紫外探測(cè)領(lǐng)域，并取得了突出成就，使金剛石在日盲紫外探測(cè)領(lǐng)域散發(fā)出璀璨的光芒。
　　2018年 8月 19日至 22日，第十三屆中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)大賽全國(guó)總決賽在南京舉辦，比賽共吸引了來(lái)自全國(guó)8大賽區(qū)的361支隊(duì)伍、1400多名隊(duì)員參加。其中，由我校物理工程學(xué)院2016級(jí)碩士研究生張錦榜、陳彥成，2016級(jí)博士研究生林超男，2017級(jí)碩士研究生郭倩、魏偉組成的“拓新者”團(tuán)隊(duì)，憑借作品“日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置”榮獲全國(guó)特等獎(jiǎng)，取得了我校在該項(xiàng)賽事中的歷史最好成績(jī)。
　　日盲紫外探測(cè)技術(shù)是繼紅外和激光探測(cè)技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的光電探測(cè)技術(shù)。電磁波譜中波長(zhǎng)范圍在 10nm—400nm的輻射被稱為紫外線。由于臭氧層的吸收，波長(zhǎng)短于280nm的紫外線在地平面附近幾乎衰減為零，猶如一間天然的“暗室”，因此該波段被稱為“日盲區(qū)”。而地表上火箭發(fā)射、炸藥爆炸、火災(zāi)和高壓輸電線漏電等情況都會(huì)產(chǎn)生日盲紫外光，這些光現(xiàn)象并非肉眼可見(jiàn)，需要利用靈敏的探測(cè)器來(lái)“捕捉”。
　　目前普遍使用的光電倍增管型紫外探測(cè)器和硅基紫外探測(cè)器都有很大缺陷，探測(cè)效率低且耗能大，因此高性能、低成本的日盲紫外探測(cè)器的制備一直備受關(guān)注。
　　項(xiàng)目確立之前，我校物理工程學(xué)院通過(guò)MPCVD（微波等離子體化學(xué)氣相沉積）技術(shù)制備出了高結(jié)晶質(zhì)量、高光學(xué)質(zhì)量的單晶金剛石，為日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置的創(chuàng)新研發(fā)提供了性能優(yōu)良的原料。因此，張錦榜與林超男、陳彥成等5位同學(xué)懷著對(duì)科研的夢(mèng)想和熱情，組建了一支名為“拓新者”的科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，共同研制新型日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置。
　　新型日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置的核心元件是光電探測(cè)器。當(dāng)光照射到設(shè)備時(shí)，高性能的金剛石光電探測(cè)器會(huì)將光轉(zhuǎn)換為電流，如果儀表檢測(cè)到電流劇烈增加，就說(shuō)明檢測(cè)到了波長(zhǎng)短于280nm的紫外線。電信號(hào)會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)再將處理過(guò)的信號(hào)發(fā)送給串口屏和語(yǔ)音報(bào)警模塊，從而實(shí)現(xiàn)日盲紫外監(jiān)測(cè)情況的及時(shí)顯示以及語(yǔ)音報(bào)警功能。該探測(cè)器具有高靈敏度、高熱穩(wěn)定性、響應(yīng)速度快等特性。憑借著這項(xiàng)科創(chuàng)成果，“拓新者”團(tuán)隊(duì)在第十三屆中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)大賽中，從學(xué)校一等獎(jiǎng)走向了全國(guó)特等獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。
　　在一路“過(guò)關(guān)斬將”的比拼中，“拓新者”團(tuán)隊(duì)并非一帆風(fēng)順。2018年7月，在我校承辦的第十三屆中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)大賽華中分賽區(qū)的比賽中，雖然日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置表現(xiàn)優(yōu)異，取得了華中分賽區(qū)第一名的好成績(jī)，但團(tuán)隊(duì)成員還是發(fā)現(xiàn)了一個(gè)棘手的問(wèn)題：裝置中用金剛石作為核心器件的光電探測(cè)器的性能并沒(méi)有達(dá)到理想狀態(tài)，當(dāng)探測(cè)到日盲紫外線時(shí)，光電探測(cè)器的響應(yīng)值不夠大，響應(yīng)速度也不夠快。這個(gè)問(wèn)題讓隊(duì)員們非常擔(dān)心能否在接下來(lái)的全國(guó)比賽中取得好成績(jī)。
　　于是，負(fù)責(zé)光電探測(cè)器制作的林超男和陳彥成開(kāi)始嘗試各種方法重新制作光電探測(cè)器。“這是一個(gè)特別繁瑣的過(guò)程?！绷殖姓f(shuō)。每次從制作到測(cè)試大概需要兩到三天的時(shí)間，樣品制成后還要連夜測(cè)試性能，所以他們經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)通宵三四天。在嘗試了幾十種方法后，他們終于在全國(guó)比賽開(kāi)始前一周取得了突破性進(jìn)展：利用激光直寫技術(shù)在金剛石表面制備直插電極。這樣制成的光電探測(cè)器，響應(yīng)值從之前 0.2A/W 增長(zhǎng)為 21.8A/W，響應(yīng)速度由幾毫秒縮短為0.26毫秒，光電探測(cè)器的性能得到了極大提升。
　　全國(guó)總決賽的賽程分為小組答辯和“TOP10”路演兩個(gè)環(huán)節(jié)。憑借優(yōu)良的裝置性能和充足的賽前準(zhǔn)備，“拓新者”團(tuán)隊(duì)以小組第一名的優(yōu)異成績(jī)順利進(jìn)入“TOP10”?！癟OP10”路演與答辯不同，參賽團(tuán)隊(duì)要面對(duì)的不是評(píng)委，而是學(xué)生和投資者，所以演講內(nèi)容必須通俗易懂，要將枯燥復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)變得既不失趣味，又保持嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確。經(jīng)過(guò)慎重考慮，隊(duì)長(zhǎng)張錦榜與隊(duì)友們最終決定把已經(jīng)準(zhǔn)備好的演講稿和PPT全部推翻，在老師的指導(dǎo)下調(diào)整思路，重新設(shè)計(jì)。他們從人們熟悉的鉆石講到金剛石，然后引入日盲紫外線的概念，最后講解到日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置。由此便誕生了 《日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置：鉆石———從首飾到探測(cè)》這篇生動(dòng)形象的演講稿。
　　為了保證第二天的路演順利進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)成員全力以赴，利用賽前僅剩的十幾個(gè)小時(shí)重新準(zhǔn)備演講稿，從下午一直工作到凌晨2點(diǎn)?！罢麄€(gè)團(tuán)隊(duì)有非常明確的分工，有人做圖，有人改稿，大家齊心協(xié)力，爭(zhēng)分奪秒?！睆堝\榜說(shuō)，“每個(gè)人都深切體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)的力量！”作為隊(duì)長(zhǎng)和演講人，張錦榜幾乎一夜未眠，直到將演講稿和PPT全部熟記于心后才勉強(qiáng)休息了一會(huì)兒，天不亮便又爬起來(lái)繼續(xù)準(zhǔn)備。
　　經(jīng)過(guò)全體隊(duì)員的共同努力和張錦榜的全身心投入，路演取得了令人贊嘆的優(yōu)異成績(jī)。演講過(guò)程中，全場(chǎng)數(shù)次響起熱烈的掌聲?！澳惆岩粋€(gè)科研工作者對(duì)科研事業(yè)的熱情和激情全都表達(dá)出來(lái)了！”團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師、物理工程學(xué)院郭娟副教授對(duì)走下舞臺(tái)的張錦榜說(shuō)。隨著大屏幕上實(shí)時(shí)投票數(shù)的上漲，“拓新者”團(tuán)隊(duì)最終以“TOP10”路演第二名的成績(jī)斬獲全國(guó)特等獎(jiǎng)。
　　值得一提的是，日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置不僅技術(shù)過(guò)硬，還兼具精致的外表。在參加華中分賽區(qū)的比賽時(shí)，裝置中所有的電子器件都鑲嵌在一個(gè)木制箱子里?！叭绻髌返陌b材質(zhì)做得很粗糙，即使它的性能很好，也很難在國(guó)家級(jí)比賽中出彩?！睆堝\榜說(shuō)。為了讓作品在制作上更加精細(xì)，在參加全國(guó)比賽之前，隊(duì)長(zhǎng)張錦榜和隊(duì)員重新對(duì)電子器件進(jìn)行了集成，并設(shè)計(jì)打造了一個(gè)金屬外殼，將裝置開(kāi)發(fā)成為一個(gè)相對(duì)成熟的產(chǎn)品。
　　關(guān)于日盲紫外探測(cè)預(yù)警技術(shù)的相關(guān)研究成果，“拓新者”團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在核心期刊上發(fā)表了4篇SCI收錄論文，并且正在申請(qǐng)發(fā)明專利。盡管已經(jīng)取得了令人矚目的成績(jī)，但張錦榜認(rèn)為，在日盲紫外探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，以及日盲紫外探測(cè)器件的研發(fā)和生產(chǎn)工藝上仍有很大的提升空間。目前，“拓新者”團(tuán)隊(duì)正著手從優(yōu)化性能和降低成本兩個(gè)方面努力，讓日盲紫外探測(cè)預(yù)警裝置在軍工、民生等實(shí)際應(yīng)用中綻放出更加耀眼的光彩。