掺杂金刚石薄膜的CVD生长与表面微结构制备及其性质
本文关键词： 微波等离子体化学气相沉积 掺硼金刚石 掺氮 碳纳米片 氧还原 出处：《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：金刚石稳定的结构使其具有优良的化学稳定性,硼掺杂可以使金刚石由绝缘体变成导体,掺硼金刚石电极具有许多优良的电化学性质在电化学领域有广阔的应用前景,但是目前金刚石基燃料电池催化剂的研究和报道还比较少。催化剂是燃料电池最关键的部分,传统上普遍使用的催化剂是贵金属Pt,但是Pt的成本高昂,不适于大规模应用。氮掺杂的碳纳米材料是优良的燃料电池催化剂,可用于替代贵金属Pt。本文采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)制备掺硼金刚石薄膜,然后在薄膜上外延生长掺氮碳纳米片,得到的复合膜用作燃料电池催化剂。主要研究内容及结果如下:掺硼金刚石薄膜的制备过程中,研究了CH_4浓度、温度、不同的硼源、掺硼方式、载气流量和硼碳原子比(B/C)对掺硼金刚石性质的影响。结果表明随着甲烷浓度的增加,非金刚石碳的含量增加,金刚石质量变差。在890-930℃温度范围内制备的金刚石质量较好,温度太高或太低都会增加非金刚石碳的含量。以NH_3·BH_3或B2O3为硼源制备了掺硼金刚石薄膜。加热蒸发NH_3·BH_3,用H_2带入反应腔的掺x薹绞讲荒苤票赋霾襞鸾鸶帐＝玁H_3·BH_3或B2O3溶解在无水乙醇中,用H_2作为载气把NH_3·BH_3或B2O3和无水乙醇带入反应腔进行掺杂,提高载气流量和溶液中的B/C金刚石的电阻减小,可以制备出导电性良好的掺硼金刚石薄膜,使金刚石的电阻由兆欧级降低到20Ω/mm。掺硼金刚石表面外延生长掺氮碳纳米片氮源采用N2或者NH_3,研究了温度、碳源浓度、氮源浓度和不同的掺氮方式—生长过程中的原位掺氮和生长后的处理掺氮对碳纳米片的结构和氮含量的影响。结果表明碳纳米片的最佳生长温度范围是1050-1090℃,低于或高于此温度范围碳纳米片数量减少,不能完全覆盖金刚石基底。生长过程中的原位掺氮工艺碳源浓度不变,氮源浓度越高对碳纳米片的刻蚀作用越强,当氮源浓度达到一定值后碳纳米片将不能生长。生长过程中的原位掺氮工艺和生长后氨气氛等离子体处理工艺可以成功制备出掺氮碳纳米片。采用上述两种方式制备的掺氮碳纳米片在氨气氛中高温处理可以提高N的总含量、改变N的结构。采用循环伏安法、旋转圆盘电极法表征了表面长有掺氮碳纳米片的掺硼金刚石复合膜的氧还原催化性能。NH_3氛中高温处理后的碳纳米片在0.1 M KOH溶液中催化性能最好的氧还原峰位可以达到-0.003 V。
[Abstract]:A boron - doped diamond film is prepared by using NH _ 3 路 BH _ 3 or B2O3 as carrier gas .
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2;O643.36
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;金刚石薄膜开发取得突破[J];炭素技术;2001年02期
2 朱建勇,梅炳初,李力,柴欣;CVD金刚石薄膜的制备方法及应用[J];炭素技术;2002年03期
3 朱宏喜;毛卫民;冯惠平;吕反修;Vlasov I I;Ralchenko V G;Khomich A V;;甲烷浓度对CVD金刚石薄膜晶体学生长过程的影响[J];无机材料学报;2007年03期
4 杨传径;陈庆东;李新忠;;衬底温度对合成金刚石薄膜的影响[J];科技资讯;2008年33期
5 李超杰;;金刚石薄膜的研究现状与发展前景[J];硅谷;2013年08期
6 林鸿溢;金刚石薄膜的特性及其应用探讨[J];兵器材料科学与工程;1988年11期
7 陈天鹏;候立;;新型金刚石薄膜材料[J];材料导报;1988年01期
8 郑昌琼;;金刚石薄膜研究进展[J];成都科技大学学报;1988年05期
9 涂铭旌,郑昌琼,冉均国;(类)金刚石薄膜及其工业应用[J];兵器材料科学与工程;1989年08期
10 吴琼;;引人注目的新材料——金刚石薄膜[J];仪表材料;1990年03期
相关会议论文 前10条
1 邵乐喜;刘小平;屈菊兰;谢二庆;贺德衍;陈光华;;原位氮掺杂对CVD金刚石薄膜生长和结构的影响[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
2 卢鸿修;胡晋生;朱静;戚立昌;;金刚石薄膜的晶体缺陷及其界面特征的研究[A];海峡两岸电子显微学讨论会论文专集[C];1991年
3 邹广田;于三;;气相合成金刚石薄膜的研究进展[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
4 高春晓;邹广田;吕宪义;于三;金曾孙;赵树堂;庄荣书;;直流辉光放电方法制备高品质金刚石薄膜[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
5 顾长志;王春蕾;庄荣书;吕宪义;金曾孙;;金刚石薄膜选择性生长的新方法的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
6 蒋瑞亭;;金刚石薄膜的国内外发展概况[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
7 万强;胡文军;梅军;;超纳米金刚石薄膜力学性能及其界面结合强度分析[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 朱嘉琦;;(硼、磷掺杂)非晶金刚石薄膜的研究及应用[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年
9 李建国;胡东平;季锡林;胡文军;;热丝化学气相沉积金刚石薄膜空间场的数值分析[A];中国工程物理研究院科技年报（2003）[C];2003年
10 李建国;刘实;李依依;胡东平;季锡林;梅军;周德惠;;热丝化学气相沉积金刚石薄膜空间场的数值分析[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
相关重要报纸文章 前10条
1 吴琼;引人瞩目的新材料金刚石薄膜[N];中国电子报;2000年
2 科新;强磁场下纳米金刚石薄膜的制备技术项目通过验收[N];中国建材报;2008年
3 吴琼;新型电子材料[N];北京电子报;2000年
4 金展;中国金刚石薄膜开发获重大进展[N];中国有色金属报;2002年
5 ;成都理工大学：打造先进金刚石薄膜实验室[N];人民日报海外版;2003年
6 记者 周文斌;我金刚石薄膜技术达世界先进水平[N];光明日报;2001年
7 刘苒;我国金刚石薄膜开发取得重大进展[N];科技日报;2001年
8 钟才伦;纳米级金刚石镀膜为多种材质作“外衣”[N];中国有色金属报;2003年
9 记者 黄健 刘s，
本文编号：1544750
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/1544750.html
