高压诱致的反式联苯乙烯酮结构相变与化学反应

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置在室温下对反式联苯乙烯酮（Trans, Trans-Dibenzylideneacetone）分子晶体进行了高压拉曼谱、荧光光谱和能量色散X射线衍射（EDXRD）研究。结果表明,在压力为1.0~1.3 GPa时,反式联苯乙烯酮发生了晶体—晶体的结构相变,同时开始伴随有压力诱导的化学反应,反应完成的压力为6.5 GPa。高压X射线研究表明,这次相变有新的共价键产生,可能的化学变化过程是,C＝C双键打开再与相邻的分子结合生成新的共价键。在压力大约为11 GPa时,反式联苯乙烯酮分子晶体再次发生了晶体的结构相变。新产生的物质在卸压后依然保持稳定。     

用类金刚石碳掩膜制备LaAlO3台阶衬底

我们用脉冲激光淀积（ＰＬＤ）方法在ＬａＡｌＯ３（ＬＡＯ）衬底上生长了类金刚石碳（ＤＬＣ）膜，并以此作为掩模，制备了台阶衬底．ＳＥＭ分析表明，制备的台阶衬底具有陡直的台阶角度（大于７００）．我们用这样的台阶衬底制成了ＹＢＣＯ台阶结并测量了结的基本特性，结果表明，结有较好的高频特性．     

紫外激光和压力共同作用下C60-peapod的聚合相变研究

采用气相扩散方法将C60分子填充到单壁碳纳米管(SWNTs)中,制备出高填充比率的豆荚形纳米材料C60@SWNT,又称为peapod.用金刚石对顶砧(DAC)装置获得高压,在高压下同时利用紫外激光处理样品,通过激光和压力的共同作用研究了C60分子在碳管内的聚合相变.在21.5 Gpa高压下,同时紫外激光(325 nm)照射30 min后,拉曼光谱表明C60分子在碳管内发生了聚合,形成一维链状O相聚合结构,且该相变是不可逆的.紫外激光的引入使样品发生O相聚合所需的压力值低于仅由压力诱导的聚合压力.     

从碳化硅和铁体系合成金刚石

 为了探明从SiC生成金刚石这一过程中触媒作用的机理，有必要调查SiC加不同金属在高压高温下的行为。在本工作中，以16重量比混合的SiC和铁粉经5.4~6.0 GPa的高压力和1 300~1 500 ℃的高温处理20 min后，样品的X射线衍射分析表明：所有实验条件下SiC都发生了分解，并分别生成了Fe₃Si和Fe₃C；温度越高，SiC分解得越彻底，在温度高于1 375 ℃的样品中，伴随Fe₃C减少，有金刚石和石墨明显析出。扫描电镜观察表明：6.0 GPa、1 500 ℃下所得的金刚石晶体具有完整的八面体晶形，平均粒度约50 μm。     

压力对碳氢氧超临界流体中碳的溶解度的影响

 采用统计热力学方法，利用CHEQ程序对5.5～7.7 GPa的压力和1 000～2 900 K温度下碳加水体系中碳的溶解度进行了计算。重点研究了石墨和金刚石在水中溶解度差与压力的关系，得出如下结果：（1）在一定压力下，使石墨和金刚石在水中的溶解度之差ΔX(C)为正值的温度有确定的下限和上限。（2）在高温高压下，对每一个压力，石墨和金刚石在水中的溶解度之差ΔX(C)都有一个极大值。使ΔX(C)为极大值的温度随着压力的升高而增大，同时，溶解度差的极大值本身也随压力的升高而增大。     

高温高压下碳的状态方程及相变理论研究

 研究了高温高压下三相碳（石墨、金刚石、液相碳）的状态方程，包括高压下石墨到金刚石的固-固相变以及高温下石墨和金刚石的熔解曲线。计算所得到的金刚石熔解曲线具有正的斜率，石墨-金刚石-液相三相点为4 400 K，14 GPa左右。     

高温高压合成金刚石中触媒的价电子结构分析

 在高温高压条件下，金属触媒与石墨形成的碳化物Me₃C（Me为Fe、Ni）是形成金刚石结构的主要碳源。利用固体与分子经验电子理论（EET），计算了多种Me₃C型碳化物和金刚石的价电子结构以及表征界面性质的电子结构参数，并将程氏理论（TFDC）提出的原子界面边界条件应用到碳化物/金刚石界面，发现碳化物晶胞中C—C键络组成的晶面与金刚石中的某些晶面的电子密度在一级近似下是连续的，但不同碳化物其连续程度不同，其中Co₃C和(FeNi)₃C中碳原子组成晶面的价电子结构与金刚石中的最接近，其C—C键转化为金刚石结构需要的能量最低。从电子结构角度上解释了催化机制及不同触媒的催化效果，价电子理论是探讨金刚石催化机制的新途径。     

高能氮离子注入人造金刚石的热稳定性

 叙述了在GLZ-100E工业离子注入机上采用20~60 keV氮离子及氮分子离子注入人造金刚石晶体的实验研究。XPS分析表明，注入离子在人造金刚石颗粒表面形成了一层较为稳定的含氮混合物层。高温差热分析（DTA）的实验表明，经氮离子束处理的金刚石，其氧化起始温度T（onset）由原来的730 ℃左右提高到800 ℃以上，且随着氮注入剂量的增加而增加，氧化速度也随之变缓；差热分析还表明，随着温度的升高，金刚石首先转化为石墨（DTA曲线上表现为吸热），然后氧化燃烧生成CO₂（放热），而注入离子能量的增加，氧化温度的提高幅度略有下降。离子注入还使其高温石墨化性能显著改善。     

氧化镓的同步辐射研究

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置产生高压，使用体积比为16∶3∶1的甲醇、乙醇和水混合液作为传压介质，通过原位高压同步辐射技术对氧化镓的高压行为进行了研究（0～42.5 GPa）。实验发现在室温下13.3 GPa压力附近，单斜结构的氧化镓发生了结构相变，变成三角结构。相变后镓离子由原来同时位于由氧离子围成的四面体和八面体的中心位置变成只位于八面体的中心位置。卸压后的X射线衍射谱表明，氧化镓又恢复为单斜结构，该相变为可逆相变。     

紫外激光和压力共同作用下C60-peapod的聚合相变研究

采用气相扩散方法将C₆₀分子填充到单壁碳纳米管(SWNTs)中，制备出高填充比率的豆荚形纳米材料C₆₀@SWNT，又称为peapod.用金刚石对顶砧(DAC)装置获得高压，在高压下同时利用紫外激光处理样品，通过激光和压力的共同作用研究了C₆₀分子在碳管内的聚合相变.在21.5GPa高压下，同时紫外激光(325nm)照射30min后，拉曼光谱表明C₆₀分子在碳管内发生了聚合，形成一维链状O相聚合结构，且该相变是不可逆的. 关键词： 60 peapod')" href="#">C₆₀ peapod 紫外激光 高压 拉曼光谱     

Ib型金刚石大单晶的限形生长

金刚石的限形生长有利于其后续加工.对于磨料级金刚石限形生长的研究已经比较透彻,但金刚石大单晶的限形生长尚缺乏全面系统的研究.本文以Fe Ni(64wt%:36wt%)合金为触媒,利用高温高压下的温度梯度法在5.6 GPa时对不同温度下分别沿(100)面和(111)面生长的Ib型金刚石大单晶的晶形进行了研究.研究表明:随着温度的升高,沿(100)晶面生长的金刚石大单晶的晶形分别为板状、塔状直至尖塔状,而沿(111)面生长的金刚石大单晶的晶形则分别为塔状和板状;分析了不同温度下分别沿(100)面和(111)面生长金刚石大单晶不同晶形高径比的变化情况.利用不同压力和温度下的金刚石大单晶合成实验绘制了沿(100)和(111)面生长金刚石大单晶的晶形在V形生长区域内的分布示意图,表明沿(111)面生长的金刚石大单晶V形区温度下限明显比以(100)面生长的高,而沿这两面生长金刚石大单晶的V形区温度上限差别并不明显.对不同生长面V形区温度上下限的差别进行了解释,据此实现了Ib型金刚石大单晶的限形生长.     

Influence of annealing treatment on as-grown Ib-type diamond crystal at a high temperature and high pressure

In this paper,we report on the influence of annealing treatment on as-grown Ib-type diamond crystal under high pressure and high temperature in a china-type cubic anvil high-pressure apparatus.Experiments are carried out at a pressure of 7.0 GPa and temperatures ranging from 1700 C to 1900 C for 1 h.Annealing treatment of the diamond crystal shows that the aggregation rate constant of nitrogen atoms in the as-grown Ib-type diamond crystal strongly depends on diamond morphology and annealing temperature.The aggregation rate constant of nitrogen remarkably increases with the increase of annealing temperature and its value in octahedral diamond is much higher than that in cubic diamond annealed at the same temperature.The colour of octahedral diamond crystal is obviously reduced from yellow to nearly colorless after annealing treatment for 1 h at 1900 C,which is induced by nitrogen aggregation in a diamond lattice.The extent of nitrogen aggregation in an annealed diamond could approach approximately 98% indicated from the infrared absorption spectra.The micro-Raman spectrum reveals that the annealing treatment can improve the crystalline quality of Ib-type diamond characterized by a half width at full maximum at first order Raman peak,and therefore the annealed diamond crystals exhibit nearly the same properties as the natural IaA-type diamond stones of high quality in the Raman measurements.     

降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响

在国产六面顶压机上,采用温度梯度法,在5.6 GPa,1200—1400?C的高压高温条件下,裂晶问题频繁出现的合成周期内,围绕裂晶现象开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究,系统考察了降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.针对宝石级金刚石单晶常见的裂纹缺陷,借助于扫描电子显微镜,分别对优质金刚石单晶和存在裂纹金刚石单晶的表面形貌进行了表征;利用微区傅里叶转换红外光谱测试手段,对上述两类晶体的N杂质含量分别进行了测试,依据测试结果,对裂晶出现的原因进行了分析;分别采用传统断电降温和缓慢降温工艺,考察了晶体生长结束后的降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.结果表明,缓慢降温工艺在很大程度上可以有效抑制裂晶问题出现.另外,从宝石级金刚石单晶品质和单晶受到的外应力两个方面着手,分别对裂晶出现的机理和采用缓慢降温工艺有效解决裂晶问题的机理进行了讨论.     

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究

本文在5.1—5.6 GPa,1230—1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究.借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟.研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图.该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右.研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律.有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致.{111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体.研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的.另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.     

高温高压下纳米金刚石粉的特性研究

 研究了炸药爆轰合成的纳米金刚石粉在高温（约1 600 K）、高压（5.2 GPa）条件下的行为。将纳米金刚石粉与粉末合金（Ni₇₀Mn₂₅Co₅、100^#）混合、压制成圆片,与合金片 （Ni₇₀Mn₂₅Co₅）和人造石墨片一起交替放入高温高压合成腔体内,进行高温高压实验。实验结果表明：在高温高压条件下,纳米金刚石粉不能长大,反而石墨化了;在相同的高压和保温时间条件下,随着温度的降低,纳米金刚石粉的石墨化程度减弱,纳米金刚石粉的纳米颗粒长大,可长成0.1 mm尺寸的金刚石颗粒（温度为1 070 K左右）。而在此条件下,人造石墨不能合成金刚石,一般金刚石晶体要变成石墨相。这进一步表明,纳米金刚石颗粒表面的活性使得它可以在较低的温度下长成较大颗粒的金刚石。     

单晶金刚石边缘表面倾斜角度对同质外延生长的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法,对单晶金刚石(100)晶面边缘进行精细切割抛光处理,形成偏离(100)晶面不同角度的倾斜面,在CH_4/H_2反应气体中进行同质外延生长,研究单晶金刚石边缘不同角度倾斜面对边缘金刚石外延生长的影响.实验结果表明,边缘倾斜面角度对边缘的单晶外延生长质量有影响,随着单晶金刚石边缘倾斜面角度的增大,边缘多晶金刚石数量先减少后增多,在倾斜角3.8°时边缘呈现完整的单晶外延生长特性.分析认为,边缘不同角度的倾斜面会改变周围电场强度和等离子体密度,导致到达衬底表面的含碳前驱物发生改变,倾斜面台阶表面的含碳前驱物浓度低于能形成层状台阶生长的临界浓度是减弱单晶金刚石生长过程中边缘效应的主要原因.     

籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响

本文在国产六面顶压机上,在5.6 GPa, 1250—1450℃的高压高温条件下,分别选用边长0.8, 1.5和2.2 mm三种尺寸的籽晶,系统开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究.文中系统考察了籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响.首先,考察了籽晶尺寸变化对宝石级金刚石单晶裂晶问题带来的影响.研究得到了籽晶尺寸变大,裂晶出现概率增加的晶体生长规律.其次,在25 h的生长时间内,考察了上述三种尺寸籽晶生长金刚石单晶时,生长时间与单晶极限生长速度的关系.得到了选用大尺寸籽晶,可以提高优质单晶合成效率、降低合成成本的研究结论.借助扫描电子显微镜和光学显微镜,对三种尺寸籽晶生长金刚石单晶的表面形貌进行了标定.最后,傅里叶微区红外测试,对三种尺寸籽晶生长宝石级金刚石单晶的N杂质含量进行了表征.研究得到了选用大尺寸籽晶实现快速生长金刚石的同时,晶体的N杂质含量会随之升高的晶体生长规律.     

金刚石生长的高压溶剂中碳的输运及其影响

 实验证实，在金刚石生长的高温超高压溶剂中，碳原子通过溶解扩散而输运，并清楚地看到在溶剂中也有对流现象。而宏观的对流现象的存在及其对金刚石生长的影响是不可忽视的。     

高温高压下多环有机物合成亚微米金刚石

亚微米尺寸的金刚石粉末对超精细研磨抛光而言是非常理想的磨料,但高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备到目前为止仍面临着许多的困难和挑战。在避免使用金属触媒的情况下,以萘为前驱体在11 GPa压强、1 700℃的温度条件下成功合成了高品质亚微米尺寸的金刚石粉末。所合成的金刚石粉末具有比较高的相纯度,金刚石晶粒普遍都是晶体形态发育良好且相互独立彼此分散的自形晶。晶粒粒度的频率分布属于正偏态分布,相应的平均值、中数及众数分别为158. 1,221. 5,262. 5 nm。对数正态分布拟合中,晶粒粒度的期望值和标准偏差分别为(243. 3±4. 2) nm和(122. 3±5. 4) nm。将近96%的晶粒都分布在亚微米尺寸范围内。本工作将为高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备提供有效途径。