高温高压Li3N-hBN体系cBN转变的热力学分析

以经典热力学第二定律ΔG<0为依据,分析了静态高温高压触媒法合成立方氮化硼(cBN)过程中发生的可能反应.考虑温度和压强对反应物相体积的影响,计算了六方氮化硼(Li3N-hBN)体系中hBN+Li3N→Li3BN2,h BN→cBN及Li3BN2→Li3N+cBN反应在高温高压条件下的ΔG.结果证实,Li3BN2由Li3N与hBN在高温高压(T>1300 K,P>3.0 GPa)条件下反应得到,在cBN的合成(T=1600～1800 K,P=4.6～6.0 GPa)条件下,hBN和Li3BN2都有向cBN转化的倾向,但由hBN向cBN直接转变的反应自由能比Li3BN2分解生成cBN的反应自由能更负,反应的可能性更大.探讨了高温高压条件下立方氮化硼的转变机理。     

ω-氯代氧杂全氟羟酸及其与溴化辛基三甲铵混合体系的表面化学性质研究

对ω-氯代氧杂全氟羟酸(ClCF)与溴化辛基三甲铵(C8N)混合体系的表面活性和泡添性质进行了研究。溶液表面张力测定的结果表明, ClCF及其混合体系有很低的监界胶团浓度(cmc)和γcmc值, 即有很高的表面活性。ClCF溶液有很好的起泡性能, 但ClCF-C8N混合体系与一般正负高子表面活性剂混合体系迥异, 显示出ω-氯代结构的特殊影响。     

金刚石/金属触媒界面表征及金刚石生长的热力学分析

利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线能谱仪(EDS)研究了高温高压触媒法合成金刚石后金刚石/触媒界面的物相组成,发现铁镍元素与碳元素的原子比为3.1∶1,并分析得出高温高压下界面中存在Fe3C、Ni3C物相结构。据此,利用热力学中经典的ΔG0判定法,计算Me3C(Me:Fe,Ni)物相分解出金刚石的自由能变化。结果表明:在触媒法合成金刚石条件下(1500~1700 K、5~6 GPa),Me3C C(金刚石)+3Me比石墨金刚石的ΔG更负。因此,从热力学角度看,Me3C的形成,尤其是铁基触媒中Fe3C、Ni3C的形成,说明触媒法合成金刚石单晶是来自于Me3C型碳化物的分解,而并非石墨结构的直接转变。     

硼掺入量对含硼金刚石单晶热稳定性的影响

 在铁基触媒原材料中添加不同含量的六方氮化硼，采用粉末冶金方法制备片状触媒，在六面顶压机上合成出含硼金刚石单晶。用体视显微镜对金刚石单晶的结构、形貌进行观察，并用电子探针（EPMA）和波谱仪（WDS）分析了金刚石（111）晶面的硼含量，发现金刚石表面有硼元素存在，且其含量随着触媒中掺硼量的增加而变化。在测定了含硼金刚石单晶的静压强度的基础上，采用冲击韧性测定仪和差热分析仪对不同掺硼量触媒合成出的金刚石单晶在空气中的热稳定性进行了系统的对比研究。结果表明，触媒掺硼量对金刚石的机械强度和热稳定性有重要影响，随着掺硼量的变化，其机械强度和热稳定性均存在一个最佳值。     

金刚石单晶合成效果与合成后铁基触媒组织的相关性研究

采用粉末冶金法制备铁基触媒片,在六面顶压机上高温高压合成金刚石单晶。利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)等表征了不同成分的触媒以及同一触媒在不同合成时间条件下金刚石单晶的合成质量和合成后的铁基触媒组织。结果表明:当金刚石单晶合成质量较好时,合成后铁基触媒组织特征表现为初生板条状渗碳体分布较均匀,呈平行生长的条束,渗碳体的板条两边缘较平直,而且数量较多。触媒成分和合成时间是影响铁基触媒组织中初生渗碳体的数量和形态的主要因素。     

课题式设计性物理实验之一例——光脉冲宽度的测量

在大学物理实验教学中,设计性和研究性实验有利于激发学生的学习兴趣和学习主动性,同时开阔学生的眼界,逐步培养学生的创新能力.我们遵照《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》,在引入光脉冲宽度测量作为课题式设计性实验方面作了一些探索.     

人造金刚石/金属包膜界面差异性研究进展

在高温高压条件下,利用过渡族金属触媒合成金刚石单晶时,金刚石单晶表面的金属包膜在不同的生长界面上呈现不同形貌花样,揭示其本质对研究金刚石单晶的合成机理具有重要意义.本文从金属包膜不同界面间在形貌、成分、组织结构等方面的差异性出发,阐述了近年来人造金刚石单晶生长机理的研究现状,同时又提及余氏理论和程氏理论在金属包膜界面研究中的应用.并在此基础上提出今后的研究方向.     

高温高压触媒法金刚石生长的热力学分析

 利用热力学中经典的ΔG<0判定法，探讨了Fe基触媒合成金刚石晶体生长中的碳源问题，在计算中考虑了各物相的体积随温度和压力的变化。结果表明：在金刚石形成之前，就有大量Fe₃C形成，而在触媒法合成金刚石的温度和压力范围内，Fe₃C→C(金刚石)+3γ-Fe反应自由能和石墨→金刚石相变自由能均为负值，但前者比后者的绝对值更大，这说明前者更容易发生。因此，从热力学角度看，Fe₃C的形成降低了石墨转变为金刚石所要越过的势垒，使用Fe基触媒合成金刚石单晶的生长来源于Fe₃C的分解而不是石墨的直接转化。同时推导出在1200 K以上石墨-金刚石的平衡p-T关系：p_eq(GPa)=1.036+0.00236T (K)，与F.P.Bundy的平衡线非常接近，证明了本热力学计算方法的可行性。     

正负离子表面活性剂与两性表面活性剂的相互作用

本文研究正负离子表面活性剂与两性表面活性剂混合水溶液的表面性质, 以及两性表面活性剂对正负离子裘面活性剂溶解度的影响。结果表明: (1) 两性表面活性剂的加溶作用,有助于正负离子表面活性剂的溶解; (2) 加入两性表面活性剂的量适当, 混合溶液基本保持原正负离子表面活性剂的表面活性; (3) 正负离子表面活性剂与两性表面活性剂在表面层和胶团中分子间的相互作用比正负离子表面活性剂与非离子表面活性剂分子间的相互作用稍强HC-FC正负; 离子表面活性剂与两性表面活性剂混合体系在表面层中有可能形成双分子或多分子层结构。     

铁基触媒中碳化硼含量对含硼金刚石单晶表观活化能的影响

通过在铁基触媒中添加适量的碳化硼,制备出了具有不同硼含量的含硼金刚石单晶。利用差热分析仪,测量了含硼金刚石单晶的差热和热重。采用Kissinger方法,计算了含硼金刚石单晶在加热过程中发生氧化反应的表观活化能,对比分析掺硼量对含硼金刚石单晶热稳定性的影响。结果表明:差热和热重测量值与表观活化能计算值的变化规律基本一致;随着掺硼量的增加,含硼金刚石单晶的热稳定性先提高后降低,剧烈氧化时表观活化能随着掺硼量的增加而减小。