氧等离子体对以石墨为碳源合成的CVD金刚石颗粒的影响

采用一种新型的金刚石颗粒制备方法,利用微波辅助化学气相沉积技术,向反应室内通入氢气,以固态石墨片同时作为碳源和衬底沉积金刚石颗粒.利用该方法合成的金刚石颗粒具有微米级尺寸,可用作研磨剂、抛光剂、形核剂等.但是合成的金刚石颗粒中仍含有少量的非晶碳,且合成颗粒的尺寸均匀性有待提高.为解决以上问题,本文中在反应不同阶段(初期、中期及末期)通入氧气,形成氧等离子体;研究氧等离子体对合成的金刚石颗粒形貌、尺寸、质量、纯度的影响,以及随氧等离子体添加阶段不同而产生的不同变化情况.结果 表明,经氧等离子体处理的金刚石颗粒形貌略有改变,表面光滑度更好,且金刚石颗粒尺寸的一致性有所提高;经过激光粒度测试发现,金刚石颗粒的尺寸主要集中在25～ 29 μm.添加氧等离子体有助于消除金刚石中的非晶碳,提高金刚石纯度;且在反应初期添加氧等离子体可最大程度提高金刚石颗粒质量.     

溅射工艺参数对硅薄膜微结构影响的Raman分析

为了解决碳化硅难以进行光学加工的问题,该文采用射频磁控溅射方法,在碳化硅反射镜坯体上沉积与碳化硅具有相近热膨胀系数且易于进行光学加工的硅薄膜。利用拉曼光谱(Raman)对衬底温度、射频功率、衬底偏压等溅射工艺条件对硅膜微结构的影响进行了分析。研究发现：随着衬底温度的升高,薄膜的晶化率先增大后减小;衬底偏压的增加不利于薄膜有序结构的形成;射频功率对薄膜微结构的影响比较复杂,随着功率的升高,薄膜晶粒尺寸减小,晶化率降低,当射频功率进一步升高时,薄膜中有序团簇尺寸和晶化率逐渐升高。但过高的射频功率反而不利于薄膜的晶化。     

First-principles studies of the vibrational properties of amorphous carbon nitrides

Raman spectra of amorphous carbon nitride films (a-C:N) resemble those of typical amorphous carbon (a-C), and no specific features in the spectra are shown due to N doping. The present work provides a correlation between the microstructure and vibrational properties of a-C:N films from first principles. The six periodic model structures of 64 atoms with various mass densities and nitrogen contents are generated by the liquid-quench method using Car-Parinello molecular dynamics. By using Raman coupling tensors calculated with the finite electric field method, Raman spectra are obtained. The calculated results show that the vibrations of C=N could directly contribute to the Raman spectrum. The similarity of the Raman line shapes of N-doped and N-free amorphous carbons is due to the overlapping of C=N and C=C vibration bands. In addition, the origin of characteristic Raman peaks is also given.     

金属催化制备石墨烯的研究进展

石墨烯作为一种新兴的碳素材料,从一出现就引起了众多学者的关注.石墨烯具有许多新奇的特性,使得石墨烯在光电领域及微电子工业等有极大的应用潜力.但是目前难以实现大尺寸、高质量、宏量石墨烯的可控制备,限制了石墨烯的广泛应用.本文分析了各种石墨烯制备方法的利弊,重点从层数控制及大面积制备等方面对金属催化法进行了阐述,固态碳源金属催化法可以实现宏量制备大尺寸、高质量、薄且均匀的石墨烯.综述了金属催化制备石墨烯的相关机理研究,指出了目前研究的局限,并对石墨烯相变机理的下一步研究方向进行了展望.     

不同能级加速过滤电弧沉积四面体非晶碳膜的结构和性能

采用过滤阴极真空电弧技术，通过施加0—2000 V衬底负偏压使沉积离子获得不同能级的入射能量，在单晶硅上制备了四面体非晶碳薄膜.拉曼光谱分析表明，薄膜的结构为非晶sp³骨架中镶嵌着平面关联长度小于1 nm的sp²团簇.原子力显微镜研究表明：在低能级、富sp³能量窗口和次高能级，薄膜中sp³的含量越多，其表面就越光滑，应用sp³浅注入生长机制能够圆满地解释薄膜表面形态与离子入射能量之间的关系；但在高 关键词： 四面体非晶碳 过滤阴极真空电弧 能级     

纳米金刚石表面功能化对其性能影响的研究进展

纳米金刚石具有优异的机械性能、导热性、生物相容性和结构可调性,在复合材料、电化学、催化、医学等领域的研究被不断开拓,工业上通过爆轰法实现纳米金刚石的大批量生产为其应用提供了基础。由于纳米金刚石表面结构复杂,需要精准调控以实现目标性能,对其表面功能化的研究具有重要的实际意义。本文首先介绍了对纳米金刚石进行各种表面修饰的方法,然后着重阐述其表面功能化研究对纳米金刚石在机械性能、催化性能和生物医学领域应用的影响,最后对纳米金刚石未来的研究方向进行了展望。     

编者按

<正>以金刚石为代表的超硬材料是典型的高压相材料，在机械、地质钻探、航空航天、军工、电子等众多行业的产业链中起到关键作用，决定国家的工业水平，被发达国家称为“战略物资”。20世纪中期，国际上对于金刚石及相关超硬材料的合成与制品技术都处于长期封锁与垄断状态，我国由于没有金刚石等超硬材料制备技术基础，工业使用的金刚石严重依赖从苏联、刚果等地进口的天然金刚石，且进口量很少，难以满足工业生产需求。面对国外的技术封锁与进口产品不足，我国开始下定决心走金刚石合成自主研发的道路。1963年12月，     

纳米金刚石材料的研究进展

纳米金刚石不但拥有金刚石材料优异的物理、化学特性,还具备一些在纳米尺度下的特殊性能,如半导体特性、良好的生物相容性及光学特性.其研究吸引了国内外研究人员的广泛关注,且关于纳米金刚石材料的制备、性能表征以及应用的相关研究逐渐开展.前期的研究显示:不同形貌的纳米金刚石材料需要特定的制备方法、且表现出各异的特殊性能,适合于不同的应用领域.文中首先介绍了纳米金刚石颗粒、薄膜、金刚石纳米片及金刚石纳米线的制备方法;其次阐述了各类纳米金刚石材料在光、电、力学等方面的特殊性能,并对纳米金刚石材料在民用、生物医药、军事等领域的应用进行了总结,最后展望了纳米金刚石材料的发展前景.     

X光电子谱辅助Raman光谱表征N含量对非晶金刚石薄膜的结构影响

用过滤阴极真空电弧沉积系统制备掺N非晶金刚石(ta-C:N)薄膜,通过在阴极电弧区和沉积室同时通入N2气实现非晶金刚石薄膜的N原子掺杂,并通过控制N2气流速制备不同N原子含量的ta-C:N薄膜.用X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱分析N含量对ta-C:N薄膜微观结构的影响.XPS分析结果显示:当N2气流速从2 cm3·min-1增加到20 cm3·min-1时,薄膜中N原子含量从0.84 at.%增加到5.37 at.%,同时随薄膜中N原子含量的增加,XPSC(1s)芯能谱峰位呈现单调增加的趋势,XPSC(1s)芯能谱的半高峰宽也随着N含量的增加而逐渐变宽.在Raman光谱中,随N原子含量增加,G峰的位置从1 561.61 cm-1升高到1 578.81 cm-1. XPs C(1s)芯能谱和Raman光谱分析结果表明:随N含量的增加,XPSC(1s)芯能谱中sp2/sp3值和Raman光谱中,ID/IG值均呈上升的趋势,两种结果都说明了随N原子含量增加,薄膜中sP2含量也增加,薄膜结构表现出石墨化倾向.     

MPCVD单晶金刚石高速率和高品质生长研究进展

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术被认为是制备大尺寸高品质单晶金刚石的理想手段之一.然而其较低的生长速率(～10μm/h)以及较高的缺陷密度(103～107 cm-2)是阻碍MPCVD单晶金刚石应用的主要因素,经过国内外研究团队数十年的不懈努力,在高速率生长和高品质生长两个方面都取得了众多成果.但是除此之外还需解决高速率与高品质生长相统一的问题,才能实现MPCVD单晶金刚石的高端应用价值.