静态高压下有机碳源合成金刚石的研究

发布时间：2020-10-20 07:47

　　 我国是金刚石产业大国,但是金刚石合成技术同世界先进水平相比还有一定的差距,所以我国金刚石产业面临着产业升级的严峻形势。目前,我国的金刚石人工合成主要依赖于以金属触媒和石墨碳源为前驱体的静态高压方法,金属触媒的存在会不可避免地给金刚石的性能和品质带来一些不利影响。针对这一问题,本文采用了以有机碳源为前驱体合成金刚石的思路。具体工作主要围绕使用多环有机物合成金刚石开展:1.探究了萘合成金刚石的温度和压强条件。萘合成金刚石所需要的压强条件下限在211bar(8GPa)附近;压强为268 bar(10 GPa)时,萘样品可以完全转变为金刚石;2.探究了蒽合成金刚石的温度压强条件,蒽样品可以在进268 bar(11 GPa),1700℃的温压条件下完全转变成金刚石;3.探究了氮蒽合成金刚石的温压条件,对氮蒽的高压热转化过程进行了探讨。氮蒽合成金刚石所需压强条件下限应在268 bar(10 GPa)以下,氮蒽样品在进268 bar(11 GPa),1700℃的温压条件下可以完全转变成金刚石;4.探究了菲啰啉合成金刚石的温压条件,在进268 bar(11 GPa),1700℃的温压条件下,菲啰啉样品会部分转变成金刚石,菲啰啉样品完全转变成金刚石所需压强条件应高于进268 bar(11 GPa)。5.探究了温度梯度及压强梯度对有机碳源合成金刚石产率的影响。压强负载低于样品向金刚石完全转变所需压强负载时,压强梯度会明显影响有机碳源合成金刚石的产率。加热温度低于样品向金刚石全转变所需温度条件时,温度梯度会明显影响有机碳源合成金刚石的产率。6.对有机碳源中氮元素对金刚石合成所需压强条件的影响进行了探讨,有机碳源中氮元素含量越高,样品完全转变成金刚石所需压强条件越高。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O521
【部分图文】：

1图 1.1 金刚石王冠工业应用方面，金刚石是目前已知硬度最大、导波段最宽（对于可见光而言近乎完全透明）、声材料还具有化学惰性强（抗强酸强碱腐蚀），电辐射能力强、禁带宽度大（这种材料被认为是新）、击穿电压高、载流子迁移率大等诸多优异的材料受到材料科学家、生物学家、医学工作者以员的广泛青睐[1-4]。结构是碳元素的同素异形体。不同之处在于，金刚石的体对角线偏移 1/4 单位相互嵌套的结构，金刚

图 1.2 金刚石和石墨结构示意图[5] 1.2，在金刚石中，每个碳原子同与其相邻的四个碳原子共享子，形成四个 sp3杂化的 σ 键，从而构成正四面体结构单元（刚石原胞中 4 个碳原子位于正四面体的顶点，1 个碳原子位于这种正四面体结构单元边长为 1.54 ，总共含有两个原子，这的空间坐标分别是（0，0，0）、（1/4，1/4，1/4）。原胞在三性的重复排布最终会形成金刚石结构。另外，碳原子之间通过的共价键被认为是目前已知最强的化学键之一，这也是导致它材料无法比拟的优异特性的主要原因。

图 1.2 金刚石和石墨结构示意图[5] 1.2，在金刚石中，每个碳原子同与其相邻的四个碳原子共享子，形成四个 sp3杂化的 σ 键，从而构成正四面体结构单元（刚石原胞中 4 个碳原子位于正四面体的顶点，1 个碳原子位于这种正四面体结构单元边长为 1.54 ，总共含有两个原子，这的空间坐标分别是（0，0，0）、（1/4，1/4，1/4）。原胞在三性的重复排布最终会形成金刚石结构。另外，碳原子之间通过的共价键被认为是目前已知最强的化学键之一，这也是导致它材料无法比拟的优异特性的主要原因。
【参考文献】

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本文编号：2848413