球磨六角氮化硼的特性研究

本文对同一种六角氮化硼进行了不同时间的球磨,并利用X射线衍射及拉曼光谱分析了球磨后的六角氮化硼的特性.结果表明,球磨破坏了六角氮化硼的结晶度,随着球磨时间的增加,结晶度逐渐降低,网层内硼,氮原子的sp2六角环结构基本上未受到影响.本实验特别引进X光电子衍射测试手段分析了球磨后六角氮化硼的表面特性.结果表明,球磨后六角氮化硼表面上出现了B2O3,且随着球磨时间的增加,B2O3含量逐渐增加.     

立方氮化硼单晶生长界面层的精细结构

以Li3N为触媒、六方氮化硼(hBN)为原料,采用静态高温高压法合成立方氮化硼(cBN)单晶.为探讨cBN合成机理,利用扫描电镜观察了cBN单晶生长界面层形貌,利用俄歇电子能谱和X射线光电子能谱对界面层精细结构进行了表征.结果表明,cBN单晶被合成后的触媒粉末所包裹,界面层中B、N元素相对比例基本保持不变,且随着距离cBN单晶越来越近,B、N元素的sp2杂化态逐渐减少,sp3杂化态逐渐增多,这说明hBN含量逐渐减少,而cBN含量逐渐增多.由于Li元素非常活泼,在高温高压体系中的电子结构极不稳定,故可以作为电子转移的桥梁,完成电子由N向B的转移.据此认为在cBN单晶生长界面层中,B、N元素的sp2杂化态逐渐转变成了sp3杂化态.以上结果说明hBN在触媒催化作用下可直接转变为cBN.     

常温下脉冲激光沉积氮化硼薄膜研究

由于氮化硼特别是立方氮化硼(c-BN)的独特性质和广泛的应用前景,一直受到材料研究工作者的广泛关注.本研究利用脉冲激光在室温下沉积出立方氮化硼薄膜,傅立叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明在所制备的氮化硼薄膜中,立方相的含量很高;同时,该研究还观察到了氮化硼的另一种高压相-爆炸结构氮化硼(Explosive-BN,E-BN).本研究同时还讨论了氮化硼薄膜生长的原理.     

立方氮化硼生长界面形貌及相结构表征

采用Li3N和hBN为原料,在静态高温高压条件下合成出大颗粒cBN单晶.利用扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)对合成块断面、大颗粒cBN单晶形貌及其周围物相进行了表征.结果表明:在大颗粒cBN单晶周围主要存在hBN、cBN及Li3BN2等物相.HRTEM在大颗粒单晶周围发现了纳米尺寸的cBN微颗粒,并发现该微颗粒处在Li3BN2物相包裹中.由此可以推测,高温高压状态下,hBN与Li3N发生共熔反应生成Li3BN2,而Li3BN2作为触媒中间相促使cBN的形成.同时结合SEM结果分析表明,一旦cBN微颗粒形成,在随后的生长过程中,cBN在Li3BN2熔体中以扩散的方式进行台阶生长,从而形成宏观可见的cBN单晶.     

高温高压下cBN单晶转变机理的EET理论分析

使用ab从头算原理计算了六方氮化硼(hBN)和立方氮化硼(cBN)在cBN单晶合成温度和压强下(1800 K,5.0 GPa)的晶格常数.通过EET理论构建了hBN和cBN的共价电子结构,并计算出九组hBN和cBN单晶的不同低指数晶面之间在高温高压下的相对共价电子密度.根据TFDC理论分析判断,发现hBN的(110)与cBN的(110)、hBN的(100)与cBN的(100)分别连续,两组晶面组合的相对共价电子密度差均小于＜10;.这表明:这两组hBN/cBN晶面之间的价电子结构相差不大,可以诱使hBN直接转变为cBN.因此本文认为:从价电子结构的角度分析,高温高压下的cBN单晶极有可能是由hBN直接转变而来的.     

溶剂热合成氮化硼纳米晶过程中氮源种类的影响

以NaNH2和BC l3为原料,利用溶剂热方法合成了六方氮化硼纳米微晶,并用红外吸收光谱(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)方法分析了微粒的结构,利用透射电子显微镜(TEM)观测了BN微粒的粒度和微观形貌。与早期用L i3N为氮源合成的氮化硼(产物中具有较多纳米棒)相比,本文中制备的氮化硼纳米晶主要呈球形,颗粒粒度明显增大,而且产率有较大幅度的提高。     

水热法合成氮化硼晶体过程中的关键影响因素

在水热条件下成功合成了氮化硼晶体 ,为了优化实验条件 ,本文对实验过程中的影响因素进行了研究 ,包括反应温度、反应原料的种类、配比以及反应时间。通过对XRD和TEM测试结果的分析可以知道 ,当反应原料摩尔配比N2 H4·H2 O∶H3 BO3 ∶NaN3 ∶NH4Cl为 1∶1∶3∶1时 ,在 4 0 0℃下反应 4 8h是水热法制备氮化硼晶体的最佳实验条件。     

PCVD氮化硼膜形成过程及表面形貌的分析

采用红外分析、金相技术及和透射电子显微(TEM)技术分析了射频PCVD法沉积氮化硼膜的形成过程.结果表明,在沉积过程中,非晶态氮化硼(a-BN)作为领先相首先按平面方式生长,然后立方氮化硼(c-BN)在其上成核,并靠沉积原子表面迁移过程而长大,这种过程交替进行的结果,使膜层由a-BN和c-BN组成.膜层的表面呈层状+胞状形貌,说明薄膜的生长不仅取决于固体表面的扩散,而且也与气相成分的扩散有关.     

铜锡钛合金钎焊金刚石及立方氮化硼磨粒界面特征分析

采用一种铜基合金(Cu-Sn-Ti)作为活性钎料,在高真空炉中钎焊连接金刚石、立方氮化硼与45#钢基体,将其牢固钎焊在基体表面.通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪进一步研究活性元素Ti在Cu基合金与金刚石及立方氮化硼结合界面的扩散现象.结果表明:活性元素Ti向金刚石、立方氮化硼表面发生偏聚,生成TiC、TiN、TiB和TiB2;活性元素Ti在向金刚石和立方氮化硼磨粒的扩散存在一定的差异性;铜基合金和钢基体的结合界面发生元素扩散生成铁钛金属间化合物.     

水热合成氮化硼过程中二次氮源加入温度对物相的影响

立方氮化硼是一种具有很高应用价值的超硬材料,但目前合成立方氮化硼需要十分苛刻的条件,严重限制了它的应用范围.为了在温和条件下合成立方氮化硼,我们提出了水热选相原位合成方法,并对主要的影响因素进行了研究.本文中,我们探讨了水热合成立方氮化硼过程中,二次氮源的加入温度对产物中物相种类及其含量的影响.结果表明:随着二次氮源加入温度的升高,样品中立方氮化硼的含量逐渐增加,当该温度达到300℃时,可以得到单相立方氮化硼.比较反常的是,当二次氮源的加入温度为260℃时,立方氮化硼的含量却反常地减少.为了解释这个现象,我们提出了一个物相转变势垒的初步模型,并对有关实验现象进行了初步分析.     

碳热还原法合成氮化硼纳米管

以球磨后的氧化硼和活性碳粉共同作基本原料,加入NaCl和Fe粉填加剂,用简单的碳热还原法, 在1200℃、流动的氨气气氛中成功合成了大量的BN纳米管. 在扫描电镜和透射电镜下观察到纳米管直径均匀, 表面光滑,呈弯曲状,长度达十几个微米.EDS能谱、电子选区衍射和粉末X射线分析表明纳米管为六方相的BN多晶.     

立方氮化硼的研究进展

立方氮化硼(c-BN)作为闪锌矿面心立方结构的Ⅲ-Ⅴ族二元化合物,是第三代半导体中禁带宽度最大的材料,还具有高热导率、高硬度、耐高温、耐氧化、化学稳定性好、透光波长范围广、可实现p型或n型掺杂等一系列性能优点,不仅作为超硬磨料在各行业的加工领域有广泛的应用,而且作为极端电子学材料在大功率半导体和光电子器件等领域也具有潜在的应用价值,使其适用于高温、高功率、高压、高频以及强辐射等极端环境。本文综述了历年来国内外制备c-BN晶体和外延生长c-BN薄膜的发展历程,重点关注了生长技术进步和晶体质量提高的代表性成果,并对c-BN的机械性能、光学性能以及电学性能方面的研究进展进行阐述,最后对全文内容进行总结并对c-BN应用所面临的挑战进行展望。     

用射频磁控溅射法在c-BN晶体基底上生长c-BN薄膜

本文用射频磁控溅射方法在片状c-BN晶体基底上生长了c-BN薄膜,显微拉曼光谱(μ-RS)和扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明:沉积的薄膜是大约10μm厚、高结晶性、电子透明的高纯c-BN薄膜.岛状和层状生长模式在试验中清晰的展示出来.同时在生长的c-BN薄膜内部和被遮盖的基底部分上发现了籽晶.     

氮化硼纳米管的高效制备及其表征

本文以B粉、NH3为主要原料,以Fe2O3、CaO为催化剂高效制备了氮化硼纳米管(BNNTs).研究了合成温度,催化剂,合成气氛以及催化剂预处理对氮化硼纳米管形貌、结构以及产率的影响;采用X射线衍射仪,扫描电镜,透射电镜,拉曼光谱仪等手段对制备的氮化硼纳米管进行了表征.结果表明,合成的纳米管管径在50～300 nm之间,长度可达百微米,管身均匀平滑;本方法工艺简单,成本低,合成温度低,氮化硼纳米管产率可以达到85;以上,纯度大于90;,且显微结构可控.氮化硼纳米管的生长机理为典型的VLS.     

立方氮化硼薄膜注入Be的Hall效应研究

本文应用RF溅射法,在n型Si(100)衬底上制备BN薄膜.首次用离子注入工艺,将铍(Be)离子注入到BN薄膜中使之成为p-型.我们用范德堡方法对该薄膜进行了室温下的霍尔效应测量,薄膜为P型导电,电阻率为10-3Ω·cm左右,迁移率14～28 cm2/V·S,载流子浓度1019～1020cm-3,霍尔系数10-1cm-3/C左右,用此法制备的P-BN/n-BN异质结,有明显的整流特性.     

煅烧和除碳温度对氮化硼晶须的影响

以三聚氰胺和硼酸为原料通过水浴加热合成晶须前驱体,然后经高温烧结成功制备出BN晶须.扫描电镜显示制备的BN晶须为针状结构,其直径和长径比分别为2～3 μm和40～100.通过X射线衍射分析,制备的BN晶须为六方晶相,晶格参数为a=0.2524 nm和c=0.6592 nm.红外光谱图谱表明在1383 cm-1和 812 cm-1处存在两个明显的B-N特征吸收带.晶须的烧成制度以及除碳温度对晶须形貌和性能的影响研究结果表明,当烧成温度为1700 ℃、除碳温度为600 ℃时可制备出形貌良好和结晶度高的氮化硼晶须.     

石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性研究

化学气相沉积法生长的单层石墨烯具有卓越的力学、热学和电学特性,成为新一代纳米器件的首选材料。对石墨烯电子特性的理论研究有利于推动纳米器件的发展与应用。本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,系统地研究了石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性。结果表明,在高对称K点,带隙为零。在50~400 K范围内,由于费米面的电声子散射作用,单层石墨烯的迁移率随着温度增加呈现显著下降趋势。此外,通过对不同层间距的石墨烯/氮化硼结构的能带、态密度、电子密度等特性分析,发现随着层间距增加,能带间隙减小,导带与价带间的能量差减小。随着原子个数的增加,石墨烯/氮化硼超胞结构与原胞结构的带隙开度变化规律一致,这对石墨烯基器件的结构设计具有一定的指导意义。     

Formation and Properties of Boron Nitride Nanocapsules with Metals and Semiconductor Nanoparticles

Abstract

Boron nitride nanocapsules with gold, iron oxide and germanium nanoparticles were produced. High-resolution electron microscopy and electron energy-loss spectroscopy showed the gold, iron oxide and germanium nanoparticles were encapsulated in the boron nitide sheets. Weak peaks of photoluminescence spectrum were observed from the nanocapsules with germanium nanoparticles. The present work indicates that the boron nitide nanocapsules with conducting, magnetic and semiconductor nanoparticles can be produced by are melting method, and models for the formation mechanism and nano-structures of the boron nitide nanocapsule were proposed.