金刚石/环氧树脂复合物热导率的分子动力学模拟

提高环氧树脂热界面材料热导率对解决5G等微电子芯片高热流密度散热问题具有重要意义.采用非平衡态分子动力学方法,重点研究了纳米金刚石填料的不同填充方式对环氧树脂基复合物热导率的影响.结果表明,单颗粒填充方式下,复合物热导率随金刚石尺寸的增大而增大,大尺寸金刚石填料可以降低复合物的自由体积分数,对热导率的提升效果更显著;多颗粒填充方式下,复合物热导率随颗粒数的增多呈先增大后减小的趋势,增加颗粒数可以减小复合物的自由体积分数,但具有更大的比表面积及界面热阻,其对热导率的削弱作用更为显著.此外,同一质量分数下,增大纳米金刚石颗粒尺寸比增加颗粒数对复合物热导率的提升效果更为显著.本文研究对具有高热导率的纳米金刚石/环氧树脂复合物热界面材料的设计和制备具有指导意义.     

40Ar+诱导无定形碳到金刚石纳米晶相变的研究

通过60 keV的⁴⁰Ar⁺辐照无定形碳靶合成了大量尺寸不同的金刚石纳米颗粒.高分辨透射电子显微镜配合能量色散X射线谱和电子衍射以及Raman谱分析的结果表明，这些嵌于具有扰动石墨结构薄膜中的纳米金刚石颗粒，其成核率很高(约为10¹³/cm²)，而且可以生长到较大的尺寸，有的甚至可以达到微米量级.对其相转变过程也进行了初步探讨. 关键词： 离子束 金刚石纳米晶 相变 透射电子显微镜     

氧化对单颗粒层纳米金刚石薄膜硅空位发光和微结构的影响

制备了单个颗粒(domain)组成的纳米金刚石薄膜,薄膜中单个颗粒由尺寸超过100 nm的金刚石晶粒与非晶碳复合而成.对薄膜进行氧化处理后,其硅空位色心的光致发光强度增强了22.7倍.扫描电镜及拉曼光谱测试结果表明,不同时间氧化后的样品中存在由尺寸超过100 nm的晶粒组成的花瓣状金刚石聚集体,这些金刚石在较长氧化时间下仍能保持稳定.氧化后的薄膜内非晶碳大大减少,金刚石含量增大,纳米金刚石晶粒充分暴露引起了薄膜发光强度大幅增强,其发光半峰宽为5.6—6.0 nm.继续增加氧化时间,薄膜的光致发光会因为部分细小纳米金刚石晶粒的损失而略微降低,但是稳定的大尺寸金刚石晶粒的存在使得薄膜的发光强度依然维持在氧化前的8.3倍以上.     

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。     

银纳米颗粒对纳米金刚石的拉曼及荧光增强特性研究

纳米金刚石因其优异的光学特性成为当今纳米科学研究中的一个热点.利用等离激元效应提高nitrogenvacancy(NV)色心的荧光和拉曼散射强度,进而可以提高这类传感器的灵敏度.本文主要将纳米金刚石与Ag纳米颗粒结合,利用金属纳米颗粒表面的等离子体共振效应,使NV色心的荧光和拉曼强度得到增强.同时研究了Ag纳米颗粒的质量浓度对拉曼与荧光光谱强度的影响,并进一步研究了相应的荧光辐射跃迁速率与量子效率,对荧光的增强机制进行了探究.     

聚酰亚胺/钽铌酸钾纳米颗粒复合材料结构与机械性能分子动力学模拟

利用多尺度建模方法构建了聚酰亚胺/钽铌酸钾纳米颗粒复合物模型, 通过分子动力学模拟研究了不同尺寸钽铌酸钾纳米颗粒(5.5, 8.0, 9.4, 10.5, 11.5 Å)对复合材料的结构、弹性模量和相互作用能的影响规律, 并通过计算纳米颗粒表面原子键能和单位表面积原子数目探究了复合物机械性能提高的内部机理. 聚酰亚胺和聚酰亚胺/钽铌酸钾复合材料的杨氏模量分别为2.91和3.17 GPa, 泊松比分别为0.37和0.35, 钽铌酸钾纳米颗粒的引入可以显著改善聚酰亚胺的机械性能. 纳米颗粒表面原子的键能为8.62-54.37 kJ·mol^-1, 表明颗粒与基体主要通过范德华力作用结合且有氢键存在. 计算结果表明, 相同掺杂比例下, 纳米颗粒尺寸越小, 纳米颗粒表面原子数目越大, 颗粒与基体作用更强, 杨氏模量的提高幅度越大, 尺寸效应越显著. 因此, 掺杂小尺寸纳米颗粒是提高聚酰亚胺机械性能的有效途径.     

场致发射中金刚石与金属的热粘接技术研究

以分析市场对显示器件的需求为基础,为了寻找适合场致发射的最佳材料,对金刚石粉的晶体结构、颗粒形貌和尺寸进行了分析,得知其微观形貌正好满足场致发射的理论要求.由于制备大面积纳米晶体金刚石薄膜材料的周期很长,且晶体金刚石的电阻率很大并很难掺入杂质,我们选用金刚石纳米粉和能够适合大面积、大批量生产的热粘工艺,从实验上研究并确定了金刚石与金属热粘工艺的可行性,为场致发射器件的研制提供了可靠的实验依据.     

泵浦光激发下金刚石纳米柱内部光场的研究

金刚石纳米柱是实现色心单光子源增强的有效结构,而纳米柱结构尺寸决定泵浦光对色心的激发强度.本文为提高其激发效率,采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究金刚石纳米柱的光学性质.通过仿真分析了纳米柱直径和高度对内部电场强度的影响.结果表明,在泵浦光波长为532 nm时,纳米柱内部中轴线上场强受尺寸变化影响较大,当直径不变、改变高度时,场强最大值随高度周期性变化,周期约为150 nm;当高度不变、改变直径时,场强最大值也随直径周期性变化,周期约为150 nm.通过研究不同波长的泵浦光对金刚石纳米柱内部中轴线上电场分布的影响发现,不同波长的泵浦光对纳米柱内部中轴线上最强场强对应的纳米柱尺寸有较大影响,但对于纳米柱最大场强随纳米柱尺寸变化的趋势几乎没有影响.本文通过研究上述内容,较为全面地掌握了纳米柱尺寸及泵浦光对纳米柱内部电场强度的影响规律,找到了纳米柱内部中轴线上最强场强位置,确定了激发色心的效率最高值所在位置,为金刚石纳米柱单光子源的制备提供理论指导.     

退火时间对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和电化学性能的影响

采用高分辨透射电镜、紫外和可见光Raman光谱及循环伏安法研究了1000 ℃下退火不同时间的硼掺杂纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能. 结果表明,随退火时间的延长,薄膜中纳米金刚石晶粒尺寸逐渐减小.当退火时间为0.5 h时, 金刚石晶粒尺寸由未退火样品的约15 nm减小为约8 nm, 金刚石相含量增加;当退火时间为2.0 h时,金刚石晶粒减小为2—3 nm, 此时晶界增多,金刚石相含量减少;退火时间为2.5 h时纳米金刚石晶粒尺寸和金刚石相含量又略有上升.晶粒尺寸和金刚石相含量的变化表明薄膜在退火过程中发生了金刚石和非晶碳相的相互转变.可见光Raman光谱测试结果表明,不同退火时间下, G峰位置变化趋势与I_D/I_G值变化一致,说明薄膜内sp²碳团簇较大时, 非晶石墨相的有序化程度较高.退火0.5, 1.0, 1.5和2.0 h时, 电极表面进行准可逆电化学反应,而未退火和退火时间为2.5 h时电极表面进行不可逆电化学反应.退火有利于提高薄膜电极的传质效率, 退火0.5 h时薄膜电极的传质效率最高,催化氧化性能最好.较小的晶粒尺寸、 较高的金刚石相含量以及纳米金刚石晶粒的均匀分布有利于提高电极表面反应的可逆性和催化氧化性能.     

金刚石锥阵列的无掩膜刻蚀制备及其形貌演变机制

为获得具有优良场发射性能的金刚石锥阵列,利用偏压热灯丝化学气相沉积系统分别在高质量大颗粒金刚石厚膜与纳米金刚石薄膜上进行了无掩膜刻蚀研究,系统比较了高质量大颗粒金刚石厚膜与纳米金刚石薄膜的刻蚀特性,制备了大面积均匀金刚石锥阵列和高长径比(20∶1)金刚石纳米线阵列,探讨了金刚石锥的刻蚀形成机理。