CVD金刚石单品的生长过程

一、简介 千百年来，人类一直被金刚石的货币价值和其物理性能深深的吸引。在1792年，Antoine Lavoiser和Smithon Tennand发现了金刚石是由碳元素构成的。从开始研究合成金刚石的制造原理到成功的应用于科学领域经历了157年。1954年，H．Tracy Hall提出了在1700℃和95kbar高温高压下，用铁做催化剂将石墨转化为金刚石的可能性。在热力学稳定区域以外，生产金刚石单晶最常用方法还是高压高温工序。     

三乙烯四胺改性微球固定床中铜离子的吸附行为（英文）

采用胺化改性的方法制备了三乙烯四胺改性微球并将其填充于固定床中,在不同操作条件下对铜离子吸附行为进行系统研究。铜离子固定床吸附穿透曲线中的穿透点受到了铜离子初始浓度、溶液离子强度以及床层高度的影响。在铜、锌同时存在的二元系统中,锌离子的穿透曲线出现了出流与入流浓度之比为1.19的超高量,证明了铜、锌离子在固定床吸附过程中的竞争关系,先前吸附的锌离子被后来流入的铜离子替换下来,随出流流出固定床。     

考虑晶内异质性的微成形材料变形行为（英文）

采用实验和数值建模方法探究微成形中材料变形行为和晶粒变形行为的关系。拉伸实验结果表明,流动应力的离散度随厚度晶粒尺寸比(T/d)的减小而增大,这与流动应力的变化规律相反。显微硬度测试结果表明,每个晶粒都有其独特的变形行为且随机分布于试样中。含晶粒数量越少的试样越容易形成易变形区和发生变形集中现象。最后,建立了一个同时考虑晶粒尺寸、几何尺寸和个体晶粒变形行为的尺寸依赖模型,并通过对比实验证实了该模型的有效性和实用性。     

CVD金刚石膜的断裂行为

采用球环法研究了用大功率ＤＣＰｌａｓｍａＪｅｔＣＶＤ沉积的无衬底自支撑金刚石厚膜的断裂强度和断裂韧度，并试图探索其与原始显微组织特征（特别是晶粒度）的关系。发现ＣＶＤ金刚石膜的强度和断裂韧度均远低于天然Ⅱａ型宝石级金刚石单晶。对于未抛光的试样，数据的离散程度掩盖了任何可能存在的规律性，而对于经过抛光的试样，研究结果表明与众所周知的ＰｅｔｃｈＨａｌ公式有相当好的吻合，说明细化晶粒仍然是提高ＣＶＤ金刚石膜力学性能的有效途径。预先存在的内部裂纹是ＣＶＤ金刚石膜强度低的重要原因之一。     

CVD生长法实现金刚石拉曼激光器

业界对工作在理想光谱区域和功率范围的紧凑型固态金刚石激光器的追求，以及众多其他的光电子应用，促进了全球对工业金刚石制造的研究和开发。得益于近年来化学气相沉积（CVD）法生长金刚石技术的进步，澳大利亚的一个研究小组最近报道了一种光泵浦外腔CVD金刚石拉曼激光器。     

CVD金刚石自支撑薄膜的织构分析（2）

金刚石薄膜的性能对其织构有很强的依赖关系，而织构又受其沉积条件的影响。本实验采用直流等离子注射法，制备了若干金刚石自支撑薄膜样品，并利用极图和ODF研究了不同沉积温度和不同CH4/H2值条件下薄膜的织构变化，同时对组织形貌进行了分析。结果表明，随着沉积温度的升高，{110}织构的强度越来越高，{111}织构的强度逐渐降低，而{221）织构，作为{100）织构的孪生产物，它的强度应该越来越低。另外，随着CH4／H2值的增加，织构的变化不明显，但薄膜的形核密度和二次形核现象有所增加。     

CVD金刚石薄膜的微机械加工技术研究进展

金刚石薄膜是一种蕴涵巨大应用潜力的新型电子功能材料，但是它极高的硬度和化学稳定性使其难以被加工成型，因此，金刚石薄膜的微机械加工技术是其MEMS应用的关键技术问题之一，本文介绍了近年来国内外在选择性生长，模型复制，激光刻蚀和等离子体刻蚀等金刚石微机械加工技术方面的研究进展，着重探讨了可以直接对金刚石薄膜进行微细加工的反应离子刻蚀技术，提出了改善微机械加工效果的金属掩膜侧壁钝化概念，为MEMS器件的金刚石微结构集成制造开辟了更为精确有效的技术途径。     

镀钨金刚石/铜复合材料的制备及导热性能（英文）

使用热扩散法在金刚石表面镀钨,并采用不同工艺参数制备镀钨金刚石/铜复合材料,观察不同样品的微观形貌,并使用激光闪射法测量样品的热导率,探索制备高热导率金刚石/铜复合材料的最佳工艺参数。研究结果表明,在金刚石表面镀钨可以改善界面结合,当镀覆时间为60 min时,镀层完整、均匀、平整,样品的热导率达到486 W/(m·K)。镀层的完整性和均匀性比镀层厚度更为重要。进一步对镀钨金刚石进行退火处理后,镀层与金刚石之间的冶金结合增强,制备得到的复合材料的热导率提高到559 W/(m·K)。     

二十面体金刚石和其他五重对称金刚石晶体的生长机制（英文）

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)方法制备五重对称金刚石晶体(FSDCs)。利用扫描电子显微镜(SEM)对其表面形貌和缺陷进行观察。从形核-长大的角度出发,讨论各种五重对称金刚石晶粒的形成机制,并进行计算机模拟。结果表明:正十二面体烷(C20H20)可作为二十面体金刚石晶体(IDC)的晶核,其C—H键垂直于IDC的{111}表面,随着活性H原子和甲基的不断萃取与结合,C20H20中20个C—H键均发展成为与之垂直的20个{111}表面。正二十面体金刚石晶体(IDC)可以看做是由等腰四面体组装而成,其中每个四面体给IDC表面贡献一个{111}晶面,而四面体的其余晶面与其相邻的四面体形成孪晶面。然而,完美二十面体{111}面的二面角与孪晶结构的二面角存在1.44°的差异,该失配导致了IDC的晶格畸变。通过计算模拟讨论晶格失配对IDC长大过程中的能量和稳定性的影响,最终揭示晶格失配所导致的应变如何诱导产生各种缺陷,如顶点处凹五角形腔的形成,以及沿晶粒边缘的凹槽。该计算模型能够较好地解释实验中所观察到的晶体形貌。类似推理可进一步用于解释十五烷(C15H20)作为晶核如何发展成为实验中所观察到的星形和棒形的五重对称结构,以及一些常见缺陷的形成。     

微波CVD方法在Ar-CO_2-CH_4体系中沉积超纳米金刚石薄膜（英文）

采用微波CVD系统研究了Ar-CO_2-CH_4气氛中不同工艺条件对超纳米金刚石薄膜形貌的影响。结果表明:以Ar-CO_2-CH_4为反应气源,可制备出晶粒尺寸为20 nm左右、表面粗糙度在16 nm以下,厚度达5μm以上,结构致密的超纳米金刚石薄膜;在Ar-CH_4组分中添加CO_2可明显提高金刚石膜的沉积速率,但采用该气源组分能够得到致密金刚石膜的气源组成范围很窄。其原因和控制方式有待深入研究。     

基于微柱状电极生长ZnO纳米线的研究（英文）

采用硅衬底电极无催化剂制备横向ZnO纳米线,实现了二维氧化锌纳米线网电路的制备。本研究涉及的技术一方面可以为突破纳电子器件制备极限提供新技术参考;另一方面,去除了纳米线生长过程中的金催化剂污染,降低成本,简化工艺。     

铜基体预沉积铜-金刚石复合过渡层金刚石膜的制备与表征（英文）

在铜基体表面电沉积铜-金刚石复合过渡层,采用电镀铜加固突出基体表面的金刚石颗粒,最后利用热丝化学气相沉积(HFCVD)法在复合过渡层上沉积大面积的与基体结合牢固的连续金刚石膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱和压痕试验对所沉积的金刚石膜的表面形貌、内应力及膜/基结合性能进行研究。结果表明:金刚石膜由粗大的立方八面体颗粒与细小的(111)显露面颗粒组成,细颗粒填充在粗颗粒之间,形成连续的金刚石膜。复合过渡层中的露头金刚石经CVD同质外延生长成粗金刚石颗粒,而铜表面与粗金刚石之间的二面角上的二次形核繁衍长大成细金刚石颗粒。金刚石膜/基结合力的增强主要来源于金刚石膜与基体之间形成镶嵌咬合和较低的膜内应力。     

铜在中国吐鲁番干热大气环境下的腐蚀行为（英文）

采用失重测试、形貌观察、成分分析和电化学实验对放置在吐鲁番干热大气环境下3年的纯铜进行大气腐蚀研究。结果显示,平均失重速率为2.90μm/a,远低于处在海洋环境下的腐蚀速率;铜的大气腐蚀产物主要由Cu_2O和Cu_2Cl(OH)_3组成,而由于干湿和冷热循环,腐蚀产物分布不均匀;电化学实验表明,腐蚀产物的存在能阻止腐蚀的进一步发生,但是产物的不均匀分布会在一定程度上加速腐蚀的进程。     

高质量自支撑CVD金刚石膜的氧化行为

研究了气体循环模式下的直流等离子体喷射CVD自支撑高质量金刚石厚膜高温氧化行为.结果表明,金刚石膜在大约650℃开始氧化,氧化速度随着温度的升高而快速增加;高温氧化将导致金刚石膜的力学、光学和热学性能的下降,多晶金刚石膜晶界的优先氧化损伤是造成其综合性能下降的主要原因.高质量的自支撑金刚石膜不适合在空气中700℃以上长时间工作,但在800℃以下短时间(3min内)工作是安全的.     

氧气底吹炼铜机理（英文）

氧气底吹炉是一种类似诺兰达炉的卧式旋转反应器,但富氧空气从炉体底部喷入熔体。通过分析底吹熔炼特性,提出了氧气底吹炼铜机理。在机理模型中,底吹炉内由上到下分成7个功能层,分别是烟气层、矿料分解过渡层、渣层、造渣过渡层、造锍过渡层、弱氧化层和强氧化层;沿轴线方向分成3个功能区,分别是反应区、分离过渡区、液相澄清区。模型中所有的层和区分别具有不同的作用。氧气底吹熔炼过程处于非稳态的近似多相平衡状态,且炉内不同空间位点的氧势、硫势呈梯度变化;通过合理控制不同层、区的氧势、硫势,可进一步提高氧气底吹炉的熔炼能力。     

利用天然二氧化锰吸附铜（英文）

软锰矿的主要成分为MuO2,其可作为一种低成本的吸附剂使用,研究其对废水中铜离子的吸附分离作用。研究Cu(II)离子的初始浓度、溶液初始pH值、吸附剂用量和粒度对吸附过程的影响。结果表明:随着吸附剂的用量增加,吸附铜的比例增大。在不同铜浓度下,溶液的初始pH值为自然状态时的吸附量最大。当初始溶液浓度、初始p H值、接触时间、搅拌速度、粒径大小和吸附剂用量分别为0.0025 mol/L、自然状态、180 min、200 r/min和6 g/L时,软锰矿对铜的吸附率为96.5%。对吸附过程中的等温吸附曲线和动力学进行研究。结果表明:该平衡吸附数据符合Langmuir等温模型,而过程的动力学符合伪二阶动力学模型。     

以锯齿状碳纳米管为模板原位合成微/纳米球状氧化钨（英文）

以锯齿状CNTs管束作为模板担载H_2WO_4前驱体。在液相沉积过程中H_2WO_4被锯齿状CNTs包裹,所得H_2WO_4/CNTs团簇的平均尺寸为500 nm,由直径10～20 nm的H_2WO_4组成,比表面积和孔容分别为85.24 m~2·g~(-1)和0.2933 m~3·g~(-1)。将H_2WO_4/CNTs置于氧气气氛中进行热处理,除去CNTs后,得到了由纳米颗粒组成的WO_3微米球,比表面积和孔容分别为18.7 m~2·g~(-1)和0.2055 m~3·g~(-1)。结果表明,锯齿状CNTs对有效调节分层结构WO_3发挥重要作用,对制备微纳米结构材料具有广阔的应用前景。     

灯丝间距对CVD金刚石厚膜生长的影响

采用热丝化学气相沉积方法制备CVD金刚石厚膜,通过改变灯丝间距和增加围挡,获得生长速度7.5 μm/h,热导率1028 W/（m·K）,结构致密,无孔洞,甚至透红光的CVD金刚石厚膜。