高压合成立方氮化硼用的新触媒材料的研究

 本文研究了合成立方氮化硼用新触媒材料Mg₃B₂N₄及Ca₃B₂N₄的制备方法，并对它们的稳定性及其催化作用进行了讨论。氮化硼原料的结晶状态及合成温度、合成时间、气流量等对新触媒的合成有着重要的影响。本文还在高温高压下利用新触媒进行了立方氮化硼的合成实验，结果表明，与碱土金属触媒相比新触媒具有合成压力低、转化率高、合成温度和压力范围宽、产物杂志含量低、破碎强度高等优点，是一种应用前景很大的触媒材料。     

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。     

高压合成立方氮化硼的振动光谱

 本文利用FT-IR和Raman光谱对用不同触媒高压合成的不同颜色立方氮化硼晶格振动的声子吸收和散射进行了研究。获得了较完整的晶格振动信息，并在1 000~1 300 cm^-1范围内，观测到了3个新的振动谱带，其中一个位于1 089 cm^-1， 归属为体TO声子和表面TO声子组合带，另两条513、801 cm^-1推测为杂质诱发吸收带。     

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。     

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。     

立方氮化硼晶体的杂质及颜色

 讨论了人工合成立方氮化硼晶体中的杂质与晶体颜色之间的关系，提出了cBN的赋色原因和机制。     

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。     

六方氮化硼的振动光谱与立方氮化硼的合成

 以X射线衍射分析作参比，分析了高度三维有序到近乱层结构的9种六方氮化硼的红外和拉曼光谱，并进行了立方氮化硼的高温高压合成。光谱分析表明，随着晶性的降低，六方氮化硼的低频红外吸收峰的位置及拉曼谱线等基本振动光谱发生明显的特征性的变化，并伴随出现各自不同的次级光谱结构。合成结果表明，在触媒作用下，立方氮化硼的形成需要六方氮化硼原料有一定的结晶度，但立方氮化硼合成效果与六方氮化硼结晶度并非是简单的单调关系。对振动光谱和合成试验的结果进行了讨论。     

大颗粒立方氮化硼单晶的合成

 在Mg-B-N体系中通过控制立方氮化硼晶体的成核率及生长速度，在4.5~6.0 GPa、1 500~1 900 ℃的高压高温条件下，在几分钟时间内，成功地获得了粒径达毫米量级的立方氮化硼单晶体，其最大单晶粒径达1.6 mm。研究了该体系中立方氮化硼单晶的生长特性，讨论了该种单晶体在Mg-B-N体系中的生长机制。     

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。     

Infrared Spectroscopy Investigation of Cubic Boron Nitride Films

Abstract

FT-IR Spectroscopy have been used for identifying both the structure of BN and the intensity of the compressive stress in cubic boron nitride (c-BN) film prepared by a unbalanced of (13.56 MHz) magnetron sputtering of a hexagonal boron nitride target in a mixture argon and nitride discharge. A T(temperature) - V(negative bias) phase diagram was obtained using the phase structure identify by IR spectra. Comparing the reflection infrared spectra (RIR) with the transmission infrared spectra (TIR) measured from same c-BN film, it is firstly found that RIR peak position of c-BN is lower than TIR peak position of c-BN, this means that the compressive stress on the surface layer of c-BN film is smaller than that inside c-BN film, may be this is the reason why thicker c-BN film can not be synthesized. A higher IR peak position of 1064 cm^?1 and a lower peak position 1004.7 cm^?1 were detected from a broken and partly peeled off c-BN film. The peak position of 1064 cm^?1 agrees with that of bulk c-BN at 1065 cm^?1 which was synthesized at high temperature and high pressure, while the peak position of 1004.7 cm^?1 accords well with the result calculated (1004 cm^?1) by Wentzcovitch and it may be closes to that of the stress free value of c-BN. Using the result measured by Ulrich, the shift rate of IR peak position of c-BN in the films is about 3.8 cm^?1/Gpa to be obtained.     

立方氮化硼单晶紫外吸收光谱的研究

对于在高温、高压下合成的人工立方氮化硼(cBN)片状单晶进行了紫外吸收光谱和第一性原理的能带结构研究。实验中采用了UV WINLAB光谱分析仪,数据分析由MOLECULAR SPECTROSCOPY软件进行拟合运算,通过特殊的石英夹具对样品的测试表明cBN的紫外吸收波长限为198 nm,带隙为6.26 eV。结合第一性原理计算的cBN的能带结构和电子态密度的计算,可以证实导致紫外光吸收的过程是价带电子吸收光子到导带的间接跃迁。文章实验结果与目前报道的cBN能带结构中禁带宽度的吻合较好,表明cBN具有良好的紫外特性,是一种具有发展前景的紫外光电和高温半导体器件材料。     

在Mg-hBN体系中水对cBN晶体合成的影响

 研究了4.5~5.5 GPa、1 400~1 800 ℃ 条件下,两种形态水——自由水与束缚水对在Mg-hBN体系中合成cBN晶体的影响。结果表明：水的形态与添加水的量对合成cBN晶体的颜色、成核率及生长条件有重要影响。自由水可抑制cBN晶体的成核数量,而束缚水可以改变cBN晶体的颜色并降低合成温度。     

微小尺寸立方氮化硼晶体蓝紫光发射光谱的测量与分析

对于微小尺寸的N型宽禁带立方氮化硼(CBN)半导体晶体,在施加恒稳电场的情况下,观察到电致发光现象。通过置CBN单晶样品于光栅单色仪抛物面反射镜焦点的方法,对于CBN的蓝紫光辐射获得了测试系统的最大入射光通量和理想的信噪比。在350～450 nm波长范围内,CBN加上4.7×106 V·cm-1恒稳电场条件下,测量出立方氮化硼的蓝紫光发射光谱。同时,结合基于第一性原理的GGA方法计算出的立方氮化硼能带结构和电子态密度,以及测量得到的非线性j-E关系和电击穿特性,讨论了发光机理。提出了在雪崩击穿前的缺陷偶极子极化和击穿后,产生大量的激发态电子,电子在Γ能谷和X能谷间迁移的发光机制。     

含六方氮化硼的一维光子晶体的光学特性

从麦克斯韦方程组出发,结合电磁场边界条件推导出在倾斜光轴条件下的传输矩阵。利用该传输矩阵研究了光轴方向对基于六方氮化硼的光子晶体光学特性的影响。研究表明,当Ф=0~°时,此结构会在六方氮化硼Ⅱ型双曲区域出现全方位禁带。随着Ф的不断增大,TE波和TM波在Ⅱ型双曲区域内的光子禁带逐渐错开,对于TM波,Ⅰ型双曲区域开始产生禁带,且朝着低频方向移动;Ⅱ型双曲区域内的禁带不断变窄,并往高频方向移动。利用这些特性,可实现偏振光分离和禁带加宽。     

石墨-六角氮化硼微晶混合物与水高压反应产物分析

 利用球磨法制备石墨-六角氮化硼微晶混合物，并在6.1 GPa、800~1 500 ℃条件下与水进行高压反应，以便研究用水作触媒合成B-C-N三元化合物的可能性。通过对反应产物的XRD、XPS谱分析发现：高压下随着温度的升高，反应产物中出现再结晶石墨，其晶化程度逐渐提高；但没有出现再结晶六角氮化硼，也未出现立方氮化硼。在球磨不充分条件下，石墨-六角氮化硼混合物的XRD谱没有完全弥散，它们与水高压反应时，能观察到石墨与立方氮化硼分别结晶的现象，但都没有形成B-C-N晶化结构。     

高压热处理石墨-六角氮化硼微晶混合物的结果分析

 为了进一步研究用球磨法制备B-C-N物质的规律性,在4.5~5.8 GPa压力、800~1 300 ℃温度条件下,对用球磨法获得的石墨-六角氮化硼微晶混合物进行高压热处理。热处理后产物的XRD、XPS及FT-IR测试表明：在4.5 GPa、800 ℃时,样品中出现部分hBN晶化现象,但石墨仍然保持微晶状态;当温度升到1 300 ℃时,样品中不仅存在晶化的hBN,而且出现一种类石墨结构的B-C-N三元化合物。与相关研究资料对比后认为：这一新化合物近似于BC₃N。压力增加到5.8 GPa而温度保持1 300 ℃时,结果变化不大。     

掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性.掺杂使扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）的带隙增大,不同位置掺杂AGNRs的带隙大小略有差异.在无磁性态,无论是否掺杂,锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）都为金属.在铁磁态,掺杂使ZGNRs由金属转变为半导体.而处于反铁磁态时,无论是否掺杂,ZGNRs都为半导体,掺杂使其带隙发生改变.掺杂的AGNRs和ZGNRs的结构稳定,掺杂ZGNRs的基态为反铁磁态.掺杂菱形BN片可以有效调控GNRs的电子特性.     

高压高温下B2O3与Mg和Li3N的反应

 通过B₂O₃与Mg和Li₃N分别在不同温度压力条件下的反应，用X射线方法研究了生成物的物相。当采用Mg与B₂O₃为原料时，其产物是Mg₃B₂O₆；用Li₃N与B₂O₃反应时，产物中除了Li₃BO₃，还有立方氮化硼（cBN）生成。这表明，当原料中含有相同数量B₂O₃时，用Mg和Li₃N分别作触媒合成立方氮化硼，将得到不同的结果。     

氮化硼纳米管阵列储氢的计算机模拟

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管阵列的物理吸附储氢,重点研究压强、纳米管阵列的管径和管间距对单壁氮化硼纳米管阵列物理吸附储氢的影响.计算结果表明,氮化硼纳米管阵列的储氢性能明显优于碳纳米管阵列,在常温和中等压强下的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到和超过美国能源部提出的商业标准.并给出相应的理论解释.