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.     

添加剂Si对NiMnCo触媒合成金刚石的影响

本文研究了添加剂Si对NiMnCo粉末触媒合成金刚石生长特性的影响.实验中将不同比例的无定形Si粉直接添加到Ni-Mn-Co-C体系中并均匀混合,在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成实验.结果表明,由于掺Si量的不同,合成金刚石的最低生长压力有所不同,"V"形区发生了移动;通过考察Ni-Mn-Co-C和Ni-Mn-Co-Si-C两种体系中合成金刚石的情况并借助于光学显微镜,发现两种体系所合成的晶体颜色变化并不大,但随着Si含量的增加,晶体的完整性变差,包裹体增多;通过XPS检测发现,在Ni-Mn-Co-Si-C体系所合成的金刚石当中存在SiC.     

人工合成金刚石表面三角锥缺陷的存在机理研究

天然金刚石主要生长面为{111},在其表面经常会存在大量凹陷的金字塔状或者底面平整的三角锥蚀坑缺陷,这种缺陷很少出现在人工合成金刚石单晶的表面.本研究在高温高压5.4 GPa、1550 K的条件下,以FeNi合金作为触媒,FeS为添加剂,利用温度梯度法(TGM)直接合成金刚石单晶的{111}表面同样发现有大量凹陷的金字塔状或者底面平整的三角锥蚀坑缺陷.而在体系中加入微量单质B时,高温高压直接合成金刚石单晶的{111}表面不仅存在大量金字塔状的三角锥蚀坑,还出现了天然金刚石表面不曾发现的大量规则的三角凸起平台和凸起的金字塔状或者顶面平整的三角锥缺陷.由此推断,尽管天然金刚石{111}表面经常出现的三角锥缺陷可能是在自然环境中后期腐蚀出现的,而在FeNi-C-FeS体系高温高压直接合成的金刚石单晶{111}表面出现的三角锥缺陷却是在晶体生长过程中直接形成的,FeS在这种表面缺陷的形成过程中起着不可或缺的作用.     

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.     

水热法合成Mnx Zn1-xO微晶体

本文采用水热法合成了MnxZn1-xO晶体,水热反应条件为3mol·L-1KOH作为矿化剂,填充度为35;,温度为430℃,在Zn(OH)2中添加一定量的MnO2为前驱物,反应时间为24h.通过X射线能谱仪测量了晶体中的Mn含量,随着前驱物中MnO2含量的增加,晶体中Mn的原子百分比随着增加,Mn最大原子百分比含量超过了2;,晶体的形貌具有纯ZnO晶体的六角柱形特征.显露柱面m{1010}、锥面p{1011}、负极面O面{0001}和正极面{0001}.晶体直径为50～200μm,高度为20～100μm.     

锌添加对大尺寸硼掺杂金刚石生长的影响

采用高温高压法在NiMnCo体系下,通过添加低熔点金属锌合成出硼掺杂金刚石晶体.探究锌添加剂对硼掺杂金刚石晶体合成条件、形貌、颜色的影响.实验结果表明在NiMnCo体系中,随着锌添加量增加,硼掺杂金刚石的合成压强和温度明显提高,晶体的颜色逐渐变黑;红外吸收光谱显示,随着锌添加量的增加,氮杂质特征吸收峰1130 cm-1和1344 cm-1逐渐消失,氮杂质含量降低至消失;1290 cm-、2460 cm-1、2800 cm-1硼相关吸收峰增强,即硼杂质的含量逐渐增多.在传统NiMnCo触媒体系下,锌的添加有利于硼原子进入金刚石晶格中去,本工作为合成高质量硼掺杂金刚石提供新的思路.     

用FeNiMn55#粉末触媒合成工业金刚石

利用FeNiMn55#粉末触媒在国产六面顶压机上进行工业金刚石单晶的合成,研究高温高压条件下(5.7 Gpa,1400～1600 ℃),C-FeNiMn55#粉末触媒体系中金刚石单晶的生长特性.结果表明,C-FeNiMn55#系能够合成出六-八面体及八面体金刚石,但六面体金刚石生长区间较窄,不易生长.通过光学显微镜观测表明,合成出的金刚石单晶呈黄色,晶形完整,晶体内部有气泡产生.M(o)ssbauer测试结果表明金刚石中包裹体的主要成分为Fe3C和FeNiMn55#合金.     

快速合成立方六面体金刚石大单晶晶体的质量研究

利用高温高压温度梯度法,在优质六面体金刚石大单晶稳定生长的基础上,合理调整晶床高度为5 rmm,在1300～1350℃温度区域30h合成优质六面体晶体重量达2.04克拉,生长速度高达13.6 mg/h.三种晶体样品(本实验合成晶体,日本住友公司合成晶体,元素六公司合成晶体)经显微红外吸收(IR)测试,本实验合成晶体{100}晶面的平均氮含量为240 ppm,高于日本住友和元素六晶体样品的氮含量;三种晶体样品经激光拉曼测试,均在1332 cm-1左右出现了较强的金刚石拉曼标准峰,利用高斯模拟计算出本实验合成晶体拉曼峰的半高宽值为5.570cm-1,大于日本住友晶体样品而小于元素六合成的晶体样品;对三种晶体样品的生长速度、氮含量分布和晶格结晶程度分析,由于本实验合成六面体晶体的生长速度远大于二者,使晶体的晶格结晶程度稍差于日本住友样品而优于元素六晶体,结合激光拉曼图谱分析本实验合成的六面体晶体中有少量杂质存在,或许这些杂质的存在正是导致其{100}晶面氮含量高于日本住友样品氮含量的主要原因.     

水热法α-Al2O3自发结晶和形态控制

本文研究了高温高压水热法合成α-Al2O3晶体的形态特征.在水热条件下,α-Al2O3的晶体形态和合成温度、矿化剂浓度有密切关系.当KOH浓度和温度较低时(如0.1M KOH,390℃),显露c{0001}、a{11-20}、r{01-12}、n{11-23}晶面.随着矿化剂浓度和温度的提高,晶体r{01-12}和n}11-23}面的显露面积越来越小,直到完全消失(如2MKOH,400℃),晶体只显露底面c{0001}、和柱面a{11-20},呈六棱柱形.     

金刚石单晶高温高压合成中氮对硫的影响

为了研究在金刚石大单晶生长过程中氮对硫的影响,在6.5 GPa高压条件下采用温度梯度法分别研究了两种不同合成体系中金刚石的合成.利用傅里叶显微红外光谱(FTIR)仪对所合成的金刚石进行了测试,测试结果表明:晶体中(a)中不含有氮,晶体中(b)中氮的浓度为280 ppm.此外,对所合成的样品进行了X射线光电子能谱测试,测试结果表明:在Ib型金刚石中有硫元素存在,而硫未进入到IIa型金刚石中.因此,金刚石中氮的存在对金刚石中硫的进入有促进作用.     

Twinning Morphologies and Mechanisms of β-BaB2O4 (BBO) Crystal Grown by TSSG Method

The twinning morphology of β-BaB₂O₄ crystal grown by TSSG has been studied on the basis of crystallography. It was found that the faces R{101-2} and r{011-4} are often intergrown together by either r{011-4} intergrown in R{101-2} or in reverse, two individuals mostly take X(112-0) and occasionally take Y(011-0) as twin boundary; and that two individuals in the twin could take the same or opposite crystallographic polarity, this was identified by surface etched figures and the piezoelectric measurements. The formation of the twinned crystals are discussed from the crystallographic structural characteristics and the energetic considerations. The experimental factors such as crystal seed quality are suggested to reduce or eliminate the twin formation and to improve the crystal quality.     

水热法合成Zn1-xMnxO稀磁半导体

本文采用水热法在430℃,以3mol%.L-1KOH作矿化剂,填充度为35%,反应时间24h,合成了Zn1-xMnxO稀磁半导体晶体。所合成晶体具有ZnO纤锌矿结构,晶面显露正极面{0001}、负极面{0001}、菱面{1011}及负菱面{1011}晶体高度为5~30μm,径高比约为2:1。X荧光能谱(EDS)显示Mn原子百分浓度为2.6%(x=0.026)。晶体呈现低温铁磁性,居里温度50K。     

配合物晶体MnHg(SCN)4的晶形分析

配合物晶体MnHg(SCN)4中维系晶体结构的化学键是-Mn-NCS-配位键.从MnHg(SCN)4晶体中配位键的分布特点出发,对属于点群4的单形四方四面体、四方柱和平行双面进行分析,确定晶形中不能出现平行双面{001}、四方柱{110},可以出现的单形为四方四面体{101}和{011}及四方柱{100},而且四方四面体{101}和{011}单形最发育.由结构分析得出的晶形特点与实际晶体晶形特点相符.     

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。     

杂质和缺陷对SiC单晶导热性能的影响

目前关于SiC单晶室温的导热性能,以及导热特性随温度的变化方面的研究报道还存在较大的差异,有关SiC单晶热导率的研究主要是沿c轴<0001>晶向或者垂直于c轴的某一晶向进行的,无法有效地解释热导率的各向异性。本文研究了4H-SiC和6H-SiC单晶目前关于SiC单晶室温的导热性能,以及导热特性随温度的变化方面的研究报道还存在较大的差异,有关SiC单晶热导率的研究主要是沿c轴0001晶向或者垂直于c轴的某一晶向进行的,无法有效地解释热导率的各向异性。本文研究了4H-SiC和6H-SiC单晶■,■,0001三个不同晶向上热导率以及其随温度的变化。对SiC单晶切割分别得到沿■,■,0001晶向的样品,尺寸为■12.7 mm×3 mm,利用闪光法对样品测试得到热扩散系数,通过计算获得了SiC单晶不同晶向的热导率数值,采用辉光放电质谱仪(GDMS)和扫描电子显微镜(SEM)进行了杂质和缺陷表征。实验结果表明,SiC晶体■,■,0001三个晶向的热导率随温度升高而下降,沿0001晶向的SiC样品热导率最小;含有较高杂质离子浓度的6H-SiC样品热导率高于4H-SiC样品;缺陷相比杂质对SiC晶体导热性能影响更大,缺陷是SiC热导率具有各向异性的主要原因。     

BGO熔体急冷自发结晶形貌

本文研究了BGO熔体在急冷的条件下自发结晶的显露形貌.在急冷的条件下,组成BGO的各个面族自由发育.{321}面族、{211}面族和{111}面族都是按[GeO4]4-四面体以顶角相连的化学键链生长发育的,生长速度快,优先显露,在熔体急冷时保留下来.表面形貌显露不完整的{100}面族是[GeO4]4-四面体以棱相连所对应的面族,生长速度较慢,尚未显露完全熔体就已冷却.从生长速度考虑,在实际生长晶体时以[321]、[211]、[111]方向生长可以获得较快的速度.     

DKDP晶体的柱面形貌与缺陷分析

采用原子力显微镜观测全方位生长的DKDP晶体的{100}面形貌,发现有螺旋位错,由此推断DKDP晶体{100}面以螺旋位错机制生长;利用同步辐射X射线白光形貌术观测了DKDP晶体缺陷,探讨了不同生长条件及生长阶段对晶体完整性的影响.     

快速生长KDP晶体表面的光学显微实时观察

设计了一套溶液降温法晶体生长显微实时观察装置,对快速生长KDP晶体{101}和{100}表面形貌的演化过程进行了实时观测分析.测量了晶体表面生长层切向生长速度随溶液过饱和度的变化曲线,并利用台阶生长动力学方程计算了相关动力学参数.进行了Fe3+掺杂实验,结果表明Fe3+的存在会影响到不同晶面上生长层的动力学系数,从而改变KDP晶体表面生长层的切向生长速度.     

BaY2F8晶体生长基元与结晶机理的探讨

本文通过对BaY2F8晶体结构的分析,从晶体的生长基元为负离子配位多面体理论出发,对自然冷却条件下BaY2F8晶体自发结晶习性进行了研究,提出了以Ba2+为中心的近八配位十二面体和以Y3+为中心的近八配位十二面体是晶体生长的基元.并根据自发结晶的BaY2F8的XRD,说明了BaY2F8晶体的{200}、{130}、{021}、{330}、{-111}、{111}、{221}、{002}等面族比较发育的原因.本文证实了仲维卓的负离子配位多面体理论对BaY2F8晶体生长的适用性,并对探索新的BaY2F8单晶生长方法有参考作用.