六角氮化硼的氧化特性对立方氮化硼合成的影响

 六角氮化硼的一些性质对立方氮化硼的合成有着重要影响。本文在对三种不同纯度的六角氮化硼进行拉曼光谱、红外光谱、X光衍射光谱对比研究的基础上，进行了高温氧化、掺杂氧化物等项实验研究，讨论了六角氮化硼自身氧化特性以及在高温高压下生成的氧化物对合成立方氮化硼的影响，指出了除结晶程度、杂质含量外，六角氮化硼的氧化特性与立方氮化硼的成核、生长有直接联系。     

高温高压下立方氮化硼和六方氮化硼的结构、力学、热力学、电学以及光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势和局域密度近似方法,优化了立方和六方氮化硼的几何结构,系统地研究了零温高压下立方和六方氮化硼的几何结构、力学、电学以及光学性质.结构与力学性质研究表明:立方氮化硼的结构更加稳定,两种结构的氮化硼均表现出一定的脆性,而六方氮化硼的热稳定性则相对较差;电学性质研究表明:立方氮化硼和六方氮化硼均为间接带隙半导体,且立方氮化硼比六方氮化硼局域性更强;光学性质结果显示:立方氮化硼和六方氮化硼对入射光的通过性都很好,在高能区立方氮化硼对入射光的表现更加敏感.此外,还研究了高温高压下立方氮化硼的热力学性质,并得到其热膨胀系数、热容、德拜温度和格林艾森系数随温度和压力的变化关系.本文的理论研究阐述了高压下立方氮化硼和六方氮化硼的相关性质,为今后的实验研究提供了比较可靠的理论依据.     

单壁氮化硼纳米管的结构、对称性和晶格动力学

本文分析了氮化硼纳米管的结构对称性,并对其晶格振动模的对称性进行了分类。计算了单壁氮化硼纳米管的声子色散关系,给出了扶手椅管和锯齿管拉曼和红外活性模的频率随管径的变化规律。     

六方氮化硼的结晶度对合成立方氮化硼的影响

 将3种不同初始结晶度的六方氮化硼（h-BN）分别与Li₃N按一定比例混合,在低于立方氮化硼（c-BN）的合成温度和压力条件下,采用高温、高压预处理方式,使3种h-BN的结晶度发生改变。对不同预处理条件下得到的h-BN进行X射线衍射分析,确定了结晶度的变化程度。用不同结晶度的h-BN作为初始原料合成c-BN,观察并分析了h-BN向c-BN转化时微观结构的变化以及h-BN的结晶度对合成c-BN的影响。实验结果表明,结晶度低的h-BN更容易合成c-BN。     

不同颜色立方氮化硼的合成及耐热性的研究

 本文分别以金属镁粉、氮化镁以及镁粉与氮化镁粉的混合物为触媒，以六角氮化硼粉（96%~98%含量）为原料，在高温高压下合成了颜色较纯正的黑色、橘黄色及白色立方氮化硼晶体。对上述三种不同颜色的立方氮化硼晶体进行了TG-DTA分析及高温氧化实验，并讨论了立方氮化硼晶体的耐热机制。     

不同六方氮化硼向立方氮化硼的转化行为

 利用X射线衍射法分析了7种六方氮比硼原料的结晶度、晶粒度和晶格常数，研究了高温高压下六方氮比硼（hBN）向立方氮比硼（cBN）的转化行为和转化率。结果表明，结晶度高和晶粒度细的六方氮化硼易于转化，有利于cBN的成核。     

氧化物辅助生长法合成氮化硼纳米管

硼、氧化硅、硅的混合粉末与氨气在1423K反应生成了氮化硼纳米管.产物用X射线衍射(XRD),透 射电镜(TEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)进行了表征.氮化硼纳米管的直径为20～50nm,长达几十微米.氮化硼 纳米管的头部是开口或封口的,没有观察到纳米颗粒被包覆在纳米管的端部.因此,氮化硼纳米管的生长被认为 是一种氧化物辅助生长的机理.同多晶六方氮化硼的红外光谱相比,在1520cm-1处的小吸收峰表现了氮化硼纳 米管的一维结构特征.     

用不同合成体系制备黑色立方氮化硼的研究

 立方氮化硼（cBN）晶体随颜色的加深,晶体的晶形越完整,晶体尺寸也越大。采用Mg+hBN、LiH+hBN、Li₃N+hBN+B和B+Li₃N 4种体系分别合成出了黑色的立方氮化硼晶体。通过光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等测试分析手段,从合成条件、晶体形貌、颗粒度及残余应力等方面对不同体系合成出的黑色cBN晶体作了比较。结果表明,不同体系的合成效果有很大差别。在实际应用中应该根据需要采用不同的体系,以达到最优化合成目的。     

Ca3B2N4-hBN系中立方氮化硼的膜生长机制

 以Ca₃B₂N₄为触媒,在高温高压下对六角氮化硼进行处理,在六角氮化硼与触媒的交界处得到了被金属膜包覆的立方氮化硼晶体。这表明六角氮化硼到立方氮化硼的转变与人造金刚石的膜生长机制类似：立方氮化硼晶体在触媒与六角氮化硼接触处择优成核,在生长着的立方氮化硼与六角氮化硼之间存在着金属薄膜,该膜对立方氮化硼“基元”有输运作用。随着该金属膜向六角氮化硼区的推进,在其后留下生长的立方氮化硼晶体。     

立方氮化硼薄膜的光学带隙

用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜，薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识，用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱，利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数，进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜，光学带隙为5.38eV. 关键词： 立方氮化硼薄膜 光学带隙 K-K关系     

高温高压下氮化硼的结晶化及立方氮化硼的合成

 研究了非晶BN、二维有序BN和低有序度六方BN（G.I＝6.1）在高温高压下的结晶行为及不同有序度的BN对立方BN合成的影响。研究结果表明，低有序度BN向高有序度六方相转化，但不同有序度的BN原料向立方BN转化的行为不同。少量B掺杂下的立方氮化硼的合成实验发现B的掺入阻碍立方BN的生成。低有序度BN不易向立方BN的主要原因可以认为是它们存在较多的N空位，高温高压下随着BN的结晶化，B以杂质析出并阻碍了立方BN的合成。     

Li_3N在生成BN反应中的作用

研究了常压高温下Li3N在B4 C与含氮化合物生成BN反应中的作用。实验结果表明 ,在 950℃高温下 ,B4 C与Si3N4 反应不生成hBN ,B4 C与NH4 Cl反应只生成少量hBN。在该两种原料中加入Li3N后 ,反应产物中hBN的生成量都明显增多。但Li3N本身没有与B4 C生成hBN的反应。由此推断 ,Li3N在上述B4 C与含氮化合物生成hBN的反应中表现出了催化作用。此外 ,在以hBN为原料 ,以Li3N为催化剂合成出cBN的温度压力区域内 ,对B4 C Si3N4 Li3N体系所做的高温高压实验没有合成出hBN或cBN。还讨论了在低压条件下原位合成cBN的探索实验中 ,应如何选择硼源和氮源的问题     

cBN晶体的Raman光谱测量

 用R1000激光共聚焦Raman光谱仪研究了高温高压合成棒中的立方氮化硼（cBN）晶体、原材料六方氮化硼（hBN）和催化剂。Raman光谱测量结果表明：伴随cBN晶体生长的散射峰，出现了两条全新的Raman散射峰（约1.088 cm^-1和约1.368 cm^-1）。该散射峰所对应的物质可能是在高温高压条件下hBN向cBN转变时生成的不完全产物——BN的一种新相。这一结果将有助于进一步讨论cBN的生长机理。     

Li3N在生成BN反应中的作用

研究了常压高温下Li3N在B4C与含氮化合物生成BN反应中的作用。实验结果表明,在950℃高温下,B4C与Si3N4反应不生成hBN,B4C与NH4Cl反应只生成少量hBN。在该两种原料中加入Li3N后,反应产物中hBN生成量都明显增多。但Li3N本身没有与B4C生成hBN的反应。由此推断,Li3N在上述B4C与含氮化合物生成hBN的反应中表现出了催化作用。此外,在以hBN为原料,以Li3N为催化剂合成出cBN的温度压力区域内,对B4C-Si3N4-Li3N体系所做的高温高压实验没有合成出hBN或cBN。还讨论了在低压条件下原位合成cBN的探索实验中,应如何选择硼源和氮源的问题。     

Li3N、Mg3N2、Ca3N2催化作用的比较和分析

 Li₃N、Mg₃N₂和Ca₃N₂是高温高压下以hBN为原料合成cBN的催化剂。在实验中发现它们对常压高温下生成hBN的反应也表现出催化作用。对比了三种氮化物催化效果的差异，发现三种氮化物都只有在熔融状态下才能表现出催化效果，以及三种氮化物对生成hBN反应的催化效果与它们在高温高压下合成cBN反应的催化效果次序相似。提出了对合成hBN有催化作用的化合物也将对合成cBN表现出催化作用的观点。     

Crystallographic aspects related to the high pressure–high temperature phase transformation of boron nitride

Crystallographic relations between different forms of boron nitride (BN) appearing at the high pressure–high temperature structural phase transformation have been revealed by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). As starting materials, crystalline hexagonal BN (hBN) with different degrees of crystallinity, or with defects intentionally introduced, were used. Cubic BN (cBN) is formed only as a minor component, the rest consisting of different forms of sp ² bonded BN: hBN, compressed, monoclinic deformed hBN, or turbostratic BN (tBN). The small cBN crystallites (300–400?nm) contain many defects such as twins, stacking faults and nanoinclusions of other BN forms: tBN, rhombohedral BN (rBN) and wurtzite BN (wBN). The cBN phase grows epitaxially on the basal plane of hBN. The nucleation sites for cBN are revealed by HRTEM. They consist of nanoarches (sp ³ hybridized, highly curved nanostructures), frequently observed at the edges of the hBN crystallites in the starting materials. Based on HRTEM observations of specimens not fully transformed, a nucleation and growth model for cBN is proposed which is consistent with existing theoretical and experimental models.     

Cubic BN Sintered with A1 under High Temperature and High Pressure

Sintering of cubic boron nitride （cBN） with addition of A1 is carried out in the temperature range 1300-1500℃ and under the pressure 5.5 GPa. When sintered at 1300℃, a weak diffractive peak of hexagonal BN （hBN） is observed in the Al-cBN sample, indicating the transformation from cBN to hBN. No nitrides or borides of A1 are observed, which indicated that A1 does not react with cBN obviously. When the sintering temperature is increased to 1400℃, the diffractive peak of hBN disappears and new phases of A1N and A1B2 are observed, due to reactions between A1 and cBN. When the sintering temperature is further increased to 1500℃, the contents of A1N and A1B2 phases increase and the A1 phase disappears completely.