毕业论文

打赏
当前位置: 毕业论文 > 材料科学 >

金刚石表面功能化及其电子结构性质研究(2)

时间:2018-07-04 14:39来源:毕业论文
但石墨转化成金刚石需要比较苛刻的条件, 要在 2000℃的超高温和 5.5 万个大气压的高压下。 1954 年,美国GE 公司利用高温高压催化法研制成功了世界上第


但石墨转化成金刚石需要比较苛刻的条件, 要在 2000℃的超高温和 5.5 万个大气压的高压下。
1954 年,美国GE 公司利用高温高压催化法研制成功了世界上第一个人造金刚石,为工
业生产金刚石磨料做出了巨大贡献。不久之后,杜邦公司利用了爆炸法,得到了尺寸约为 10
微米的金刚石。而为了祖国的繁荣富强,我国在 1960 年 10 月时,作为国家重点科研项目下
达了人造金刚石的研制任务,也终于在 1963 年 12 月 6 日,成功研制了我国第一颗人造金刚石。
由于高压法生产的金刚石大多是颗粒状或者粉末状,生产大颗粒的金刚石需要的成本很
高,限制了金刚石的应用,所以人们开始研究在低压下制备金刚石的方法。最常用的就是在
低温低压下利用化学气相沉积CVD 法制备金刚石薄膜, 此方法也在一直以来收到学者们的广泛研究[1,2]
。目前,发展出了多种 CVD制备金刚石的方法。其中有热灯丝 CVD(HFCVD);
微波等离子体 CVD(MWPCVD);直流等离子体 CVD(DC-CVD);直流电弧等离子体射流 CVD(DC-jet);电子增强 CVD(EACVD)等方法。其中热灯丝CVD 法可以用来生长大
面积金刚石薄膜,其优点是设备简单,容易掌握,但生长速率较慢,而且均匀性较差。微波
等离子体 CVD法易于生长高质量金刚石薄膜,但其生长速率较慢,适用于金刚石膜的外延生
长和掺杂。电子增强 CVD 法生长速率较快,可用于生长大面积金刚石厚膜,缺点是均匀性较差,膜质量也较低。
1.2 金刚石的结构
我们都知道甲烷(CH4)的结构,典型的正四面体。与甲烷类似的地方是,在金刚石结
构中,每个碳原子与相邻的 4 个碳原子形成正四面体结构,其中 4 个碳原子位于正四面体的
顶点,1 个碳原子位于正四面体的中心。金刚石 C-C 之间的键是共价键,因为共价键难以变
形,C-C 键能很大,结合很强,所以金刚石的硬度很大,熔点很高。因为其所有价电子都无
法自由移动,被束缚在共价键区域,所以,金刚石不导电。与金刚石结构一样的晶体结构在
晶体学中就被叫做金刚石结构,具有金刚石结构的晶体有硅、锗等。以上三个图均为金刚石的晶体结构图,上两种是基于金刚石晶体结构,即面心立方晶胞而绘成,第三个图是基于C 的4 个单键所画出来的正四面体的外观。其实这三个图的结构是
一样的。金刚石与石墨同样是由碳原子构成,其互为同素异形体。虽然都是由碳原子构成,但由
于碳原子的结合方式不同, 导致了它们截然不同的性质。 石墨中的碳原子在一个平面上以 SP2
杂化的形式形成共价键,结合成蜂窝状结构,层与层之间以较弱的范德华力结合。所以相比
金刚石而言,其同一层内碳原子之间的结合力更强,所以其熔点更高。但由于其层与层之间结合力很弱,导致其硬度很低[3]
。除了以上这些结构,金刚石还有许多同素异形体,因为它们碳原子的结合方式不同展现
出很多不同的性质。
1.3 金刚石的特性
1.3.1 力学性能
金刚石具有极高的强度、韧性和弹性模量,由于其 C-C 共价键之间的结合非常稳定,因
此表现出极高的硬度和稳定性。由于金刚石各向异性,其各晶面的硬度、耐磨性都不同,我
们利用它的这种性质来制作金刚石磨具。
1.3.2 热学性能
金刚石是热的良导体,其热导率在136.16w/(m·k)左右。其中Ⅱa型金刚石热导率最高,
但是其热导率随着温度的有着很大的依赖关系,随着温度的上升,其热导率急剧下降,在液 金刚石表面功能化及其电子结构性质研究(2):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_18781.html
------分隔线----------------------------
推荐内容