我國是金剛石產(chǎn)業(yè)大國,但是金剛石合成技術(shù)同世界先進(jìn)水平相比還有一定的差距,所以我國金剛石產(chǎn)業(yè)面臨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)的嚴(yán)峻形勢。目前,我國的金剛石人工合成主要依賴于以金屬觸媒和石墨碳源為前驅(qū)體的靜態(tài)高壓方法,金屬觸媒的存在會(huì)不可避免地給金剛石的性能和品質(zhì)帶來一些不利影響。針對這一問題,本文采用了以有機(jī)碳源為前驅(qū)體合成金剛石的思路。具體工作主要圍繞使用多環(huán)有機(jī)物合成金剛石開展:1.探究了萘合成金剛石的溫度和壓強(qiáng)條件。萘合成金剛石所需要的壓強(qiáng)條件下限在211bar(8GPa)附近;壓強(qiáng)為268 bar(10 GPa)時(shí),萘樣品可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?2.探究了蒽合成金剛石的溫度壓強(qiáng)條件,蒽樣品可以在進(jìn)268 bar(11 GPa),1700℃的溫壓條件下完全轉(zhuǎn)變成金剛石;3.探究了氮蒽合成金剛石的溫壓條件,對氮蒽的高壓熱轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行了探討。氮蒽合成金剛石所需壓強(qiáng)條件下限應(yīng)在268 bar(10 GPa)以下,氮蒽樣品在進(jìn)268 bar(11 GPa),1700℃的溫壓條件下可以完全轉(zhuǎn)變成金剛石;4.探究了菲啰啉合成金剛石的溫壓條件,在進(jìn)268 bar(11 GPa),1700℃的溫壓條件下,菲啰啉樣品會(huì)部分轉(zhuǎn)變成金剛石,菲啰啉樣品完全轉(zhuǎn)變成金剛石所需壓強(qiáng)條件應(yīng)高于進(jìn)268 bar(11 GPa)。5.探究了溫度梯度及壓強(qiáng)梯度對有機(jī)碳源合成金剛石產(chǎn)率的影響。壓強(qiáng)負(fù)載低于樣品向金剛石完全轉(zhuǎn)變所需壓強(qiáng)負(fù)載時(shí),壓強(qiáng)梯度會(huì)明顯影響有機(jī)碳源合成金剛石的產(chǎn)率。加熱溫度低于樣品向金剛石全轉(zhuǎn)變所需溫度條件時(shí),溫度梯度會(huì)明顯影響有機(jī)碳源合成金剛石的產(chǎn)率。6.對有機(jī)碳源中氮元素對金剛石合成所需壓強(qiáng)條件的影響進(jìn)行了探討,有機(jī)碳源中氮元素含量越高,樣品完全轉(zhuǎn)變成金剛石所需壓強(qiáng)條件越高。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O521
【部分圖文】：

1圖 1.1 金剛石王冠工業(yè)應(yīng)用方面，金剛石是目前已知硬度最大、導(dǎo)波段最寬（對于可見光而言近乎完全透明）、聲材料還具有化學(xué)惰性強(qiáng)（抗強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕），電輻射能力強(qiáng)、禁帶寬度大（這種材料被認(rèn)為是新）、擊穿電壓高、載流子遷移率大等諸多優(yōu)異的材料受到材料科學(xué)家、生物學(xué)家、醫(yī)學(xué)工作者以員的廣泛青睞[1-4]。結(jié)構(gòu)是碳元素的同素異形體。不同之處在于，金剛石的體對角線偏移 1/4 單位相互嵌套的結(jié)構(gòu)，金剛

圖 1.2 金剛石和石墨結(jié)構(gòu)示意圖[5] 1.2，在金剛石中，每個(gè)碳原子同與其相鄰的四個(gè)碳原子共享子，形成四個(gè) sp3雜化的 σ 鍵，從而構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)單元（剛石原胞中 4 個(gè)碳原子位于正四面體的頂點(diǎn)，1 個(gè)碳原子位于這種正四面體結(jié)構(gòu)單元邊長為 1.54 ，總共含有兩個(gè)原子，這的空間坐標(biāo)分別是（0，0，0）、（1/4，1/4，1/4）。原胞在三性的重復(fù)排布最終會(huì)形成金剛石結(jié)構(gòu)。另外，碳原子之間通過的共價(jià)鍵被認(rèn)為是目前已知最強(qiáng)的化學(xué)鍵之一，這也是導(dǎo)致它材料無法比擬的優(yōu)異特性的主要原因。

圖 1.2 金剛石和石墨結(jié)構(gòu)示意圖[5] 1.2，在金剛石中，每個(gè)碳原子同與其相鄰的四個(gè)碳原子共享子，形成四個(gè) sp3雜化的 σ 鍵，從而構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)單元（剛石原胞中 4 個(gè)碳原子位于正四面體的頂點(diǎn)，1 個(gè)碳原子位于這種正四面體結(jié)構(gòu)單元邊長為 1.54 ，總共含有兩個(gè)原子，這的空間坐標(biāo)分別是（0，0，0）、（1/4，1/4，1/4）。原胞在三性的重復(fù)排布最終會(huì)形成金剛石結(jié)構(gòu)。另外，碳原子之間通過的共價(jià)鍵被認(rèn)為是目前已知最強(qiáng)的化學(xué)鍵之一，這也是導(dǎo)致它材料無法比擬的優(yōu)異特性的主要原因。
【參考文獻(xiàn)】

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1 楊斌;陸鳳國;趙旭東;劉曉旸;;1000t Walker型高溫高壓裝置的使用與壓力標(biāo)定[J];高壓物理學(xué)報(bào);2011年04期

2 楊志軍,彭明生,謝先德,林冰,苑執(zhí)中;天然金剛石結(jié)構(gòu)中氫的賦存狀態(tài)[J];礦產(chǎn)與地質(zhì);2001年02期

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4 高峰;高品級(jí)超細(xì)顆粒金剛石的高溫高壓合成[D];吉林大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2848413