高温高压生长宝石级金刚石单晶的表面特征研究

本文利用高温高压温度梯度法,NiMnCo合金作为触媒,分别采用籽晶{100}和{111}作为生长面,合成了Ib型宝石级金刚石单晶,对其表面特征进行了分析和讨论.结果发现,宝石级金刚石单晶的表面特征不具有唯一性,多数情况下,晶体{111}面明显较{100}面平整,而且{100}面生长台阶的棱角不清晰,经常会出现经触媒融融过的痕迹,并且这种现象的出现跟籽晶生长面不同和合成温度条件高低无关;{111}面有时也会出现明显的生长台阶,棱角清晰,并且形状较为规则.宝石级金刚石晶体表面特征的不唯一性说明晶体表面特征对生长条件稳定性有更高的要求.     

温度对铁粉催化腐蚀人造金刚石单晶的影响

在无流通气体条件下采用铁粉催化腐蚀人造金刚石单晶,研究了不同温度对铁粉催化腐蚀人造金刚石单晶表面腐蚀形貌、腐蚀深度和物质结构的影响,并对腐蚀过程中金刚石所表现出来的各向异性进行了分析.结果表明:当金刚石和铁粉的质量比为1∶2时,腐蚀后金刚石表面的P-V值随着温度的升高而增大;在相同温度下,{100}面比{111}面腐蚀严重;当温度达到960℃时,{100}面和{111}面的P-V值分别为3.75 μm和2.77 μm.金刚石表面腐蚀后的形貌与对应晶面的碳原子排列有关,{100}面倾向于形成倒立金字塔形的腐蚀坑,而{111}面则会形成轮廓为三角形或六边形的腐蚀坑.     

在FeNi-C-FeS-B体系内宝石级金刚石单晶的高温高压合成研究

本研究利用高温高压温度梯度法,在5.4 GPa、1550 K生长条件下,考察了FeNi-C体系中单掺FeS以及FeS-B共掺杂对单晶生长宝石级金刚石品质的影响.结果表明:在单掺FeS体系中,随着FeS的增加,晶体的质量以及透明度逐渐下降,(100)晶面存在的倒方形蚀坑面积逐渐增大,同时晶体的颜色也由黄色转变成灰黑色;在共掺杂体系中,当添加剂FeS含量一定时,随着协同添加剂B的增加,晶体品质呈现出先优化后劣化的变化趋势,晶面上蚀坑的分布逐渐由(100)晶面向(111)转移,晶体颜色也由灰黑色逐渐变浅到黄色、再到B单独发生作用时导致的蓝黑色.XRD光谱分析发现,在FeNi-C-FeS-B体系中出现了某种或者某些不明物质.     

温度对草酸钴腐蚀人造金刚石单晶的影响

在氢、氮混合气氛条件下,采用草酸钴对人造金刚石单晶进行表面腐蚀,利用扫描电镜和显微拉曼光谱对腐蚀后的金刚石进行了表面形貌、腐蚀深度和腐蚀前后结构成分的研究,分析了温度对草酸钴腐蚀金刚石的影响及腐蚀图案的各向异性,并对腐蚀机理做出推理.结果表明:温度的升高会促进金刚石{111}面和{100}面的腐蚀;相比较而言,{100}面比{111}面更易腐蚀;{111}面的腐蚀坑形状多呈六边形和三角形,{100}面倾向于形成四边形.腐蚀有三种可能的机制:(1)金刚石在草酸钴分解出的钴作用下发生石墨化并在钴中扩散;(2)金刚石碳原子在氢气气氛中氢化并扩散;(3)金刚石碳原子和草酸钴分解出的水和二氧化碳发生氧化还原.     

人造含硼金刚石单晶表面形貌与生长机制研究

本文借助Olympus光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对高温高压合成的含硼金刚石单晶表面形貌进行了分析.研究发现,含硼金刚石表面存在蚀坑、球形颗粒集团、平行台阶、花瓣状生长丘和三角形螺旋台阶等多种表面形貌.这些形貌与晶体内部的缺陷有关,硼原子的进入使金刚石晶体生长速度增加,位错增多,进而导致不同表面形貌的形成,螺旋位错生长是含硼金刚石的主要生长方式.     

NiMnCo-C-S系中掺硫金刚石单晶的研究

本文在5.5～5.7 GPa,1450～1550℃的条件下由镍锰钴-石墨-硫体系中合成金刚石单晶.合成的金刚石晶体具有完整的{111}和{100}面,内部有少量包裹体.晶体表面有凹坑,凹坑内有许多细小的孔洞,且有连晶出现.X射线荧光光谱检测结果表明,随着反应体系中硫含量的增加,晶体中硫和锰的含量明显增加,而镍和钴的含量却降低.这由于硫与触媒中的锰发生了反应,改变了合成触媒的成分配比,进而改变了触媒的性质.     

金刚石的晶体质量评定探究

分别选用辽宁瓦房店原生矿产出金刚石、湖南砂矿产出金刚石、CVD合成金刚石、高温高压合成金刚石各1颗,采用红外光谱、高分辨率X射线衍射、拉曼光谱和正交偏光显微观察的分析方法,对其晶体质量进行了研究.通过比较金刚石1332.5 cm-拉曼本征峰的实际位移与理论位移,四颗金刚石均存在一定的内应力,高温高压合成金刚石的内应力小于其它三颗金刚石;金刚石拉曼本征峰的半高宽比对表明,四颗金刚石均存在较多晶格缺陷,其中湖南砂矿产出金刚石缺陷明显;采用双轴晶ω扫描方式测试了四颗金刚石{004}面的摇摆曲线,并估算其晶面族的晶面间距,结果显示高温高压合成金刚石{004}面的晶面间距大于其它三颗金刚石,可能是因孤氮所致;由金刚石摇摆曲线半高宽计算出内部平均位错密度值表明,高温高压合成金刚石最低,而瓦房店产出的金刚石内部平均位错密度最大,且含有亚晶界,这一结果与其异常双折射现象一致.     

提拉法制备铜单晶研究

采用提拉法生长出大尺寸(111)铜单晶,晶体尺寸为ф(12～19)mm×85 mm.通过XRD、金相显微分析讨论了铜单晶的晶体结构与生长缺陷,并采用双臂电桥测定(111)铜单晶的电阻率.结果表明:晶体具有(111)取向、强度高,表明晶体取向良好;蚀坑呈典型三角锥形,位错密度在105～106 cm-2之间;在室温下,(111)铜单晶电阻率为1.289×10-8Ω·m.     

优质立方六面体金刚石大单晶的生长研究

高温高压静压触媒法合成的金刚石单晶,往往呈现六八面体形貌,因为立方六面体单晶{100}面的生长区间相对较小.本研究利用高温高压温度梯度法,自制Fe-Ni合金触媒,通过对合成组装和工艺进行合理调整后,控制晶体在相对低温适合{100}面生长区域内生长,得到的晶体均呈现完整立方六面体形貌;同时为抑制包裹体和其他杂质的进入,人为的提高晶体的径向平铺生长速度,抑制其轴向生长速度.以在33 h内合成的优质立方六面体晶体为例,晶体最大方向尺寸达到7.3 mm,重1.2克拉,其径向生长速度达到0.22 mm/h,轴向生长速度仅为0.08 mm/h,增重速度为7.3 mg/h.     

水热法BSO晶体腐蚀像及与晶体对称的关系

对水热法生长的两种不同结晶习性的 BSO晶体进行了腐蚀像的观察研究,得到了{100}、{110}、{211}、{111}晶面的腐蚀形貌特征,建立了BSO晶体腐蚀像在三维空间分布的立体模型。研究发现不同单形晶面的蚀坑形态不同,但都体现了晶体的对称性。不同晶面腐蚀难易程度与晶体结构有关。     

金刚石表面化学镀铜的研究

为了改善金刚石与金属基体的润湿性,利用化学镀的方法在金刚石粉体表面成功的进行了镀铜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段研究了pH值及添加剂对镀层的组织、形貌及镀速的影响.结果表明:当镀液的pH值低于10.5时,镀速几乎为零,没有反应发生;pH值在10.5～12.5时,镀速随pH值的增大而增大,XRD图谱中开始有铜的衍射峰出现,且衍射峰随pH值的增大而增强;pH值大于12.5时,镀速开始随pH值增大而下降,衍射峰开始随pH值增大而减弱.当pH值为11时,金刚石基体有裸漏现象,镀层较薄;pH值为12时,镀层表面较为致密、结合较好、有一定厚度且包覆严实;pH值为13时,镀层开始变得粗糙,有卷边、起皮及脱落现象.当向镀液中分别添加适量的亚铁氰化钾及二联吡啶时,能够提高镀液的稳定性,两种添加剂对铜的化学沉积都有阻化作用,降低铜的沉积速率,使镀层光亮致密.     

氨气浓度对碳纳米管生长影响的研究

利用等离子体增强化学气相沉积系统,用CH4、NH3和H2为反应气体,在沉积有100nm厚Ta过渡层和60nm厚NiFe催化剂层的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构.结果表明当氨气浓度为20;、40;和60;时,碳纳米管的平均长度分别为3.88μm、4.52μm和6.79μm,而其平均直径变化不大,均在240nm左右.最后,分析讨论了氨气浓度对碳纳米管生长和结构的影响.     

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

人造金刚石表面电镀镍工艺研究

采用电镀工艺对人造金刚石表面镀镍.用扫描电镜及X射线衍射方法表征不同增重率的电镀金刚石的形貌和物相;用金刚石单颗粒抗压强度测定仪测试不同增重率的单颗金刚石的抗压强度.结果表明:电镀镍金刚石表面粗糙度随镀层增重率的增大而增大;400℃处理30 min的电镀镍金刚石样品较未热处理样品的XRD图谱中,金刚石和镍均出现了峰位蓝移的现象;通过电镀方法制得的不同增重率的电镀镍金刚石样品,平均抗压强度较未镀镍金刚石有很大提高,且平均抗压强度随镀层增重率的增大而增大,经400℃处理30 min的电镀镍金刚石平均抗压强度比未热处理的电镀镍金刚石也有略微增大.     

抛光铜箔衬底上石墨烯可控生长的研究

本文报导以固态聚苯乙烯为碳源,经机械抛光和电化学抛光双重处理的铜箔为衬底,用CVID法进行石墨烯可控生长的研究结果.用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光透射谱、扫描隧道显微镜和场发射扫描电镜对生长的石墨烯进行了表征.研究发现经过抛光处理的铜箔由于其平整的表面和很低的表面粗糙度,在其上生长的石墨烯缺陷少,结晶质量高.而未经抛光处理的铜箔在石墨烯生长过程中,铜箔不平整的表面台阶会破坏其上生长的石墨烯的微观结构,在生长的石墨烯二维结构中产生高密度晶界和缺陷.还在双重抛光处理的铜箔上实现了石墨烯的层数可控生长,结果表明固态碳源聚苯乙烯的量为15 mg时可生长出单层石墨烯,通过控制固态源重量得到了1～5层大面积石墨烯.     

粒子束注入单晶硅尺寸效应的机理研究

使用分子动力学方法研究硅粒子注入技术.系统比较分析了团簇粒子的包含反射,扩散和植入基底在内的全部运动过程,同时使用可视化方法观测记录基底表面形貌演化过程.所建立模型直观地显示了低注入能量域内的新特征.注入过程中,团簇粒子由不同粒径(数量)的硅原子组成.通过对粒径变化在注入过程的影响研究揭示了注入技术机理.仿真结果表明提出方法可用于定量预测注入粒子表面分布.本文工作可作为原子尺度下生成基底表面特征或设计图案的参考,并对可控表面沉积技术提供理论指导.     

基于电沉积技术的纳米晶材料晶粒细化工艺研究

纳米晶材料电沉积工艺是在传统电沉积工艺的基础上,通过控制适当的工艺条件,最终获得具有各种性能的纳米晶电沉积层的过程.研究表明,由电沉积工艺制备的纳米晶材料,晶粒细小且组织均匀,具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化等特殊性能.本文分析了在电沉积过程中纳米晶形成的机理,探讨了工艺参数、复合电沉积和脉冲电沉积、有机添加剂以及采用其它工艺措施对晶粒细化过程的影响.介绍了电沉积纳米晶材料的各种性能及应用.     

电场对氧化镍电子结构的影响

采用超软赝势电子平面波密度泛函理论的方法研究了立方相氧化镍不同外电场下的电子结构.结果表明,立方相氧化镍的晶格参数和对称性保持不变,共价键的成分增强;体系总能在外电场下增大;其间接带隙宽度在外电场下减小.费米能级附近的态密度和电子浓度在外电场下有增大的趋势.电场作用下,立方相氧化镍价带顶的电子有效质量增大,Ni的d态贡献电子能力减弱,O的p态贡献电子能力有所增强,Ni-O结合键强度增大.     

固化剂对磷酸盐粘结剂固化行为的影响研究

本文以H3PO4和Al(OH)3为原料制备磷酸铝粘结剂,探讨了不同固化剂ZnO、CuO、Cr2O3对其固化行为的影响.采用XRD、邵氏硬度仪、TG-DSC等分析手段研究了磷酸盐粘结剂的物相组成、硬度、吸湿率及其固化机理等.结果表明:当P/Al摩尔比为3∶1.3时,磷酸铝粘结剂的理论固化温度为262℃,固化后产物为AlH2P3O10·H2O.固化剂的加入可以有效地缩短固化时间和提高涂层性能,以CuO为最佳.当CuO添加量不低于8wt;时,磷酸盐粘结剂固化时间最短,为2.5 h;吸湿率最低,为4.21wt;.当CuO添加量为6wt;时,涂层硬度最大,为99.2 HA.其对应的理论固化温度为145℃,固化产物为Al4(PO4)3(OH)3·xH2O和少量的Cu4P2O9·H2O.     

退火处理对DKDP晶体光学均匀性的影响研究

分别对不同生长速度的DKDP晶体进行了退火处理.结果表明,适当温度的退火处理能有效地提高晶体的光学均匀性,尤其是对快速生长的晶体质量提高更为显著.在实验温度范围内,退火温度越高,质量改善越明显.对退火机理进行了初步讨论.