金剛石因其獨特的理化性能，在電化學分析、生物傳感和儲能等領域具有重要應用潛力。然而，純金剛石電阻率極高，無法直接用作電極材料。通過在金剛石中摻入硼等載流子，可以形成 p 型半導體，使其具備導電性，這就是摻硼金剛石（BDD）。BDD 具有化學穩定性高、背景電流低、污染附著少以及生物相容性好等優點，因此在電化學傳感器和生物傳感器中得到廣泛應用。
除了導電性之外，BDD 中局部形成 sp2 雜化的石墨區域可以進一步提升電催化性能，加快電子轉移速率，并引入 pH 活性官能團。但如果石墨區域過大或分布不受控，會增加背景電流，降低電極靈敏度，并影響長期穩定性。因此，實現金剛石結構（sp3）與石墨區域（sp2）的平衡，對于提升電極性能至關重要。
超短脈沖激光，尤其是飛秒激光，可以在 BDD 中精確構建微小的石墨化區域。其工作原理是激光脈沖在金剛石表面產生大量自由電子，使局部金剛石晶格由 sp3 雜化轉變為 sp2 石墨結構，同時避免周圍區域受到熱損傷。這種方法能夠在 BDD 表面制作高精度的微通道石墨柱，為電極性能優化提供新途徑。
本研究采用波長 800 nm、脈沖寬度 100 fs 的飛秒激光，在 BDD 樣品表面制備石墨微通道，并系統探究激光能量密度、掃描速度和掃描次數對石墨化的影響。實驗樣品為元素六提供的自立式 CVD 摻硼金剛石，尺寸為 10 mm × 10 mm × 0.6 mm，硼濃度為 2–6×102? atoms/cm3，電阻率約 0.22×10?3 Ω·m。
相關研究以“Formation of Graphitic Micro-Channels on Boron-Doped Diamond Electrodes via Femtosecond Laser Irradiation: A Route for Controlled sp2 Functionalization”為題，發表在《Manufacturing Letters》
本研究通過飛秒激光在 BDD 表面精確制備石墨微通道，并系統研究了激光能量密度、掃描速度和掃描次數對石墨柱結構與電學性能的影響。結果表明，通過合理調控激光參數，可以實現石墨柱結晶度與導電性的平衡，為 BDD 電極在生物傳感、電化學分析等多領域應用提供了新思路。這種微結構制備方法有助于提升電極的靈敏度、信號響應速度及長期穩定性。
圖文導讀
圖1. 用于制造BDD電極的飛秒激光裝置示意圖
圖2. 燒蝕寬度平方與激光功率對數值的散點圖，左上角顯示線性擬合曲線（紅線）及對應擬合函數。
圖3. (a) 激光改性前的BDD材料及在8.85 J/cm2條件下制備的石墨通道（單次掃描）以及不同掃描速度下的石墨通道：(b) 0.1 mm/s，(c) 0.5 mm/s，(d) 1 mm/s。
圖4. 通過改變激光通量并提高單次掃描速度，利用掃描電子顯微鏡測得的寬度變化示意圖。
