MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(下)

在CVD法合成单晶体金刚石技术中,如何提高生长速率、生长质量以及单晶体体积是业界关注的焦点.文章选取5粒(100)方向的合成单晶金刚石作为种晶材料,其中包含2粒Ⅱa型CVD法合成的种晶,3粒Ⅰb型HPHT法合成的种晶,采用MPCVD法合成单晶体金刚石,获得了较理想的阶段性进展.实验参数范围是:温度为800℃～1100℃,压力为8000～11000Pa,功率为2500W.通过显微放大观察发现样品实现三维的生长模式,即在生长过程中表面积不断扩大,厚度不断增长,并在各表面留下了有明显特征的阶梯状生长纹和锥形生长丘.其中厚度最大增值为0.52mm,重量增加0.13ct.实验中首次得到了高质量透明的金刚石生长层.拉曼光谱分析表明,合成样品均存在金刚石特征的1332cm-1强峰,部分样品还伴随有少量的非金刚石相.     

MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(下)

在CVD法合成单晶体金刚石技术中,如何提高生长速率、生长质量以及单晶体体积是业界关注的焦点。文章选取5粒(100)方向的合成单晶金刚石作为种晶材料,其中包含2粒IIa型CVD法合成的种晶,3粒Ib型HPHT法合成的种晶,采用MPCVD法合成单晶体金刚石,获得了较理想的阶段性进展。实验参数范围是:温度为800℃～1100℃,压力为8000～11000Pa,功率为2500W。通过显微放大观察发现样品实现三维的生长模式,即在生长过程中表面积不断扩大,厚度不断增长,并在各表面留下了有明显特征的阶梯状生长纹和锥形生长丘。其中厚度最大增值为0.52mm,重量增加0.13ct。实验中首次得到了高质量透明的金刚石生长层。拉曼光谱分析表明,合成样品均存在金刚石特征的1332cm-1强峰,部分样品还伴随有少量的非金刚石相。     

胭脂螺外骨骼的宝石学特征

胭脂螺是一种颜色鲜艳,极具经济价值的观赏性海螺,近年在文玩珠宝界中越来越流行,其价值超过了市场中流行的砗磲,万宝螺等其他相似的有机宝石。本文选取了市场购买的胭脂螺外骨骼样品为研究对象,使用宝石显微镜,X射线衍射光谱仪,激光拉曼光谱仪,显微红外光谱仪及激光诱导离解光谱仪对胭脂螺外骨骼的宝石学特征进行了研究,以探究胭脂螺外骨骼的化学成分和结构,为其以后的研究发展提供一定的理论基础。结果表明:胭脂螺外骨骼的主要矿物组成是文石,内部存在棱柱状、条带状、纤维状等生物结构。不同色层具有相似的元素及质量分数,颜色成因可能与致色元素无关,而与有机物的种类及质量分数相关。红外光谱的半定量分析结果表明,粉色区域有机物相对质量分数较高;橙色,黄色区域质量分数居中;白色区域质量分数最低。结合其他测试数据,推测不同种类的有机物产生了不同颜色的胭脂螺外骨骼区域,黄色橙色的成因与金属卟啉有关,粉色的成因则与类胡萝卜素有关。     

太阳能光电催化还原CO2的最新研究进展

为了将温室气体CO2进行资源化利用,综述了太阳能转化CO2制取高值化工品和替代燃料的最新研究进展.介绍光电催化还原CO2的反应原理,指出与其他转化方式相比的优势.对于光催化与电化学的耦合反应体系、p型半导体催化剂、过渡金属催化剂、配合物催化剂如金属-四氮杂大环及吡啶型配合物、反应评价指标如反应过电位、法拉第电流效率以及电流密度等方面的国际最新研究进展进行重点评述.总结了CO2光电催化过程中的热力学和动力学难题,从中间态产物势能分布的角度对该问题的解决方案提出了建议.     

近期市场出现的铬碧玺宝石学性质及谱学特征

近期,市场上出现一种翠绿色碧玺,商家称之为铬碧玺,常切割成戒面出售,价格高于其它绿色碧玺。为了探究铬碧玺与普通绿色碧玺的差别,对从市场上收集到的铬碧玺以及普通绿色碧玺样品进行了折射率、密度等测试并观察其在查尔斯滤色镜下反应。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)以及X射线荧光光谱仪对样品进行测试。结果表明,铬碧玺的折射率为1.618~1.638,双折率为0.018~0.020,相对密度为3.05,查尔斯滤色镜下不变红,其宝石学性质与普通绿色碧玺相近。红外光谱测试结果表明,铬碧玺与普通碧玺在分子结构上并无明显差别,而紫外-可见吸收光谱以及X射线荧光光谱测试结果表明,铬碧玺中存在一定量的Cr元素,且在可见光波段中表现典型的Cr元素的吸收光谱,该特征与普通绿色碧玺明显不同,可以作为鉴别铬碧玺与普通绿色碧玺的诊断性特征。     

大尺寸方形载板MOCVD反应腔分气和薄膜沉积过程影响因素的数值模拟研究

介绍了适用于光伏行业砷化镓（GaAs）薄膜电池制备所需的大尺寸方形载板金属有机化学气相沉积（MOCVD）反应腔的多级分气系统,以及该反应腔结构设计过程中的核心参数：喷淋盘孔尺寸、载板与喷淋盘间距（简称“腔室间距”）。基于自研的容量为36×4寸的MOCVD反应腔模型,应用计算流体力学（CFD）方法,同时考虑GaAs沉积过程中的气相反应和表面反应,对不同孔参数和腔室间距时的气流分配和薄膜化学气相沉积过程进行了数值模拟。考察了跨孔压差与气流量分配均匀性的关系,以及腔室间距对反应区气体流动以及GaAs薄膜沉积的影响。结果表明：初级“蜘蛛”形分气盘将主进气口分配成64个子进气口后的分气均匀性较好,质量流量值波动幅度仅为0.22%;增加喷淋盘孔深度可缓慢且线性提高孔压差,而缩小孔径对于压差的增加非常迅速;增加喷淋盘孔压差可提高次级分气均匀性,但提升效果趋缓;大腔室间距下的沉积速率低,且均匀性差;随着腔室间距缩小,沉积速率持续增加的同时,沉积均匀性先变好,后逐渐由于气流震荡而变差。     

粉色—紫色缅甸尖晶石热处理前后紫外-可见光谱分析

选取5颗粉色—紫色缅甸尖晶石原石为实验样品,分别在1 200℃和1 600℃下进行恒温10h的热处理实验。通过分析样品成分及热处理前后紫外-可见光谱,发现粉色—紫色尖晶石样品均为含微量Fe元素的镁铝尖晶石,且在350~600nm范围内出现吸收带的位置基本相同,其致色原因与八面体中Fe~(3+)和四面体中Fe~(2+)的自旋禁阻跃迁及二者间电荷耦合作用有关。对比样品的两次热处理后紫外-可见光谱结果发现,热处理过程促进350~430nm及500~600nm范围内吸收强度增加,前者与高温下尖晶石内部结构无序引起近紫外区O~(2-)→Fe~(2+)、Fe~(3+)离子间电荷转移作用增加有关,后者由进入四面体内部Fe~(3+)同相邻位置内Fe~(2+)共同作用产生。在经1 600℃热处理后,近紫外区吸收边强度再次增加使样品光谱发生明显改变,色调偏红,部分样品因热处理诱发内部裂隙、透明度降低,热处理效果不明显。     

种晶类型对微波等离子体CVD法合成单晶体金刚石生长质量的影响

采用辽宁瓦房店及山东蒙阴产天然金刚石、俄罗斯高温高压(HPHT)金刚石以及美国Element Six公司CVD金刚石作为种晶,进行红外光谱、激光拉曼光谱、光致发光光谱、XRD摇摆曲线以及原子力显微形貌测试,并选取三类样品各一颗,在相同条件下进行生长实验。测试结果表明,天然金刚石种晶均为Ia AB型,定向性好,其内应力及结晶质量差异较大;而HPHT以及CVD金刚石种晶分别为Ib型和IIa型,其生长面与(100)晶向均存在1~2.5度偏差,但晶体结构较天然金刚石好,且内应力及结晶质量差异较小,更加适合作为MPCVD法合成金刚石单晶的种晶。对生长后样品进行了高分辨率激光拉曼光谱测试,并使用光学显微镜及原子力显微镜对样品表面形貌进行了观察。结果表明,在碳氢氮生长体系中,辽宁瓦房店或山东蒙阴产Ia AB型天然金刚石种晶由于晶格匹配性较差,容易沉积多晶金刚石,且伴随有微晶石墨和非晶质碳成分;而使用俄罗斯产Ib型HPHT种晶以及美国Element Six产IIa型CVD种晶均能得到优质的CVD金刚石生长层;与HPHT种晶相比,使用CVD种晶得到金刚石生长层的拉曼位移半高宽更窄,非金刚石碳杂质含量更低,结晶质量更好。     

充填斜红磷铁矿的鉴别特征

充填斜红磷铁矿是珠宝市场上常见的首饰材料,但目前对其充填物及充填程度的研究较少。采用常规宝石学测试、X射线粉末衍射、红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱等方法对市场上常见的充填斜红磷铁矿样品进行了研究。常规宝石学测试表明,严重充填的斜红磷铁矿样品的充填区域光泽差异明显且荧光异常,但对于轻微充填的斜红磷铁矿样品,仅通过放大观察和荧光检查难以鉴别,需要进行详细的谱学测试。红外光谱测试结果显示,充填斜红磷铁矿样品在中红外区域可见1 510、1 250cm~(-1)谱峰,近红外区域可见5 985cm~(-1)谱峰,均与环氧树脂有关。拉曼光谱中,充填斜红磷铁矿样品不仅可见1 112、1 185、1 464cm~(-1)等环氧树脂组合峰,部分样品在裂隙处可见1 061、1 131、1 293、1 438cm~(-1)等与石蜡相关的拉曼峰。在紫外-可见吸收光谱中,充填斜红磷铁矿样品显示423、538、750nm等处的吸收带,与天然斜红磷铁矿一致,说明充填物未对样品原本体色产生影响。市场上常见的斜红磷铁矿可能经过了多次充填加工流程,其内部充填物主要为无色或近无色的环氧树脂,通过红外光谱和拉曼光谱能够对其进行有效、无损的鉴别。     

MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(上)

在CVD法合成单晶体金刚石技术中,如何提高生长速率、生长质量以及单晶体体积是业界关注的焦点.选取5粒(100)方向的合成单晶金刚石作为种晶材料,其中包含2粒Ⅱa型CVD法合成的种晶,3粒Ib型HPHT法合成的种晶,采用MPCVD法合成单晶体金刚石,获得了较理想的阶段性进展.实验参数范围是:温度为800℃～1100℃,压力为8000～11000Pa,功率为2500W.通过显微放大观察发现样品实现三维的生长模式,即在生长过程中表面积不断扩大,厚度不断增长,并在各表面留下了有明显特征的阶梯状生长纹和锥形生长丘.其中厚度最大增值为0.52mm,重量增加0.13ct.实验中首次得到了高质量透明的金刚石生长层.拉曼光谱分析表明,合成样品均存在金刚石特征的1332cm-1强峰,部分样品还伴随有少量的非金刚石相.