β-C_3N_4的实验合成研究

作为人工预测材料,β-C_3N_4可能具有与金刚石相当的体弹性模量,并能够检验现代固体理论的预测性。 本研究首先采用离子注入、磁控溅射和微波等离子体化学气相沉积等方法,在不同基片材料和沉积温度下沉积碳氮薄膜,然后对薄膜进行成分、成键和晶体结构等方面的检测。 在成分方面,低温(<200℃)沉积薄膜的氮含量比较低,而高温(700～900℃)沉积时,氮合量有相当程度的提高;虽然在高温下硅基片上薄膜氮含量的提高不能排除氮化硅的影响,但铂基片上相当于C_4N_4成分晶态物质的获得,为β-C_3N_4的合成提供了成分上的可能。 在成键方面,低温沉积碳氮薄膜的红外吸收谱和拉曼谱中不出现与β-C_3N_4明显有关的信息;当在硅基片上高温沉积时,所得碳氮薄膜的拉曼谱中有251、302cm~(-1)峰,可能对应于β-C_3N_4,也可能对应于α-Si_3N_4。 在结构方面,硅基片上沉积碳氮薄膜与碳膜的X射线衍射谱没有明显的差别,而在石墨基体高能注氮并退火样品、铂基片上高温化学气相沉积的碳氮薄膜中,同时得到可以被解释为β-C_3N_4及其变体的X射线衍射谱,为β-C_3N_4的实际存在提供了较为可靠的证据。 总之,从室温到高温,从硅基片到石墨和铂基片,β-C_3N_4实验合成的结论逐渐明晰,为进一步的合成提供了必要的准备。