金刚石晶体生长研究进展

介绍利用高温高压（HPHT）合成高质量金刚石单晶和化学气相沉积法（CVD）制备金刚石薄膜的设备、方法、工艺参数以及热丝CVD和微波等离子体CVD的优缺点;P型和N型金刚石掺杂研制现状.重点介绍N型金刚石掺杂的困难,氮、锂、钠、磷、硫等杂质的掺杂效果,共掺杂对于金刚石薄膜的影响,以及近年来P型和N型掺杂取得的成果.     

金刚石n型掺杂的研究进展

对金刚石n型掺杂工艺中的施主元素的类型、机理、及所使用的基底材料和方法进行了综合评述,并对I族元素(Li,Na),V族元素(N,P),Ⅵ族元素(O,S)等施主元素掺杂后的性能进行了比较.分析表明:采用CVD法,掺入硫杂质应是较理想的掺杂方式.     

磷掺杂金刚石薄膜的电子结构及空位对其的影响

为了更好地理解磷掺杂金刚石薄膜的成键机理,和磷掺杂浓度对金刚石晶格完整性及电导率的影响,本文通过第一性原理的方法计算了不同磷掺杂浓度的金刚石晶格的电子结构和引进空位后的磷掺杂金刚石薄膜的态密度.计算的结果表明,一方面,磷原子只对它附近的几个原子内的成键有影响,电导率随着掺杂浓度的增加而增加.而另一方面,在总原子数为64的金刚石晶格中磷原子非最近邻位置增加一个空位后,我们发现不但可以改善磷掺杂金刚石薄膜的损伤,还可以有效地提高n型金刚石薄膜的电子电导率.     

煤在H2 /Ar等离子体热解过程中硫转化的研究

对兖州和义马两种高硫煤在H2/Ar等离子体热解过程中的脱硫行为进行了研究.探讨了等离子输入功率、停留时间和供煤速率对H2S产率的影响.研究结果表明,H2S产率随等离子发生器功率的增大而增加;随停留时间的延长H2S产率先增加,然后降低;反应后焦样的n(S)/n(C)比原煤的n(S)/n(C)小,表明硫的反应活性较碳高,容易转化进入气相.XRD结果显示含氢等离子体煤热解过程和加氢热解过程中硫的转化机理不同,含氢等离子体煤热解过程无机硫全部转化成气相产物.     

金刚石薄膜/立方氮化硼异质结的制备

利用高温高压合成的立方氮化硼单晶材料,采用恒浓度高温扩散方法制备n型立方氮化硼半导体材料。通过化学气相沉积方法在n型立方氮化硼上外延生长p型金刚石薄膜。在此基础上,通过欧姆接触电极的制作,制备出金刚石薄膜／立方氮化硼异质pn结,并给出pn结的伏安特性曲线。     

硼掺杂对金刚石薄膜载流子浓度的影响

采用固体三氧化二硼,在硅衬底上用HFCVD 法生长金刚石薄膜.对CVD 金刚石薄膜的进行了表面形貌和结构进行了研究,并测试了不同硼掺杂浓度的金刚石膜载流子浓度及其电阻率.结果表明:金刚石膜结构致密,硼掺杂有利于改善膜质量,膜中载流子浓度随着掺杂浓度的提高不断提高.     

铂铬共掺杂纳米TiO2薄膜的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂铬共掺杂纳米TiO2薄膜,并用AFM、XRD、UV-Vis等对薄膜进行了表征.实验结果表明,铂铬共掺杂TiO2薄膜粒径约为32 nm;厚度为290 nm左右时,薄膜对亚甲基蓝的降解率在2.5 h达到95%左右;共掺体系的最佳掺杂量为n(Cr)∶n(TiO2)=0.4%, n(Pt)∶n(TiO2)=0.03%, 此时TiO2薄膜对亚甲基蓝有良好的降解效果,优于同等条件下制备的纯TiO2薄膜和铂、铬单掺杂TiO2薄膜.     

利用金刚石纳米粉引晶方法制备高硼掺杂金刚石薄膜

利用金刚石纳米粉引晶方法在SiO2衬底上合成了高硼掺杂金刚石薄膜,并利用范德堡法、扫描电镜、激光拉曼方法对不同掺杂量下生长的样品进行了表征.SEM和拉曼谱分析表明,少量掺杂时有利于提高金刚石薄膜的质量,但是随着掺杂量的增加,金刚石薄膜质量开始明显下降;并且拉曼谱峰在500 cm-1和1200 cm-1开始加强,呈现重掺杂金刚石薄膜的典型特征.其电导率随着温度升高而升高,表明导电性质为半导体导电.     

稀土掺杂TiO2薄膜的制备及光催化特性

用Sol-gel法制备出一系列镧系离子掺杂的TiO2薄膜,经X射线衍射(XRD)、紫外可见(UV-Vis)吸收光谱表征该TiO2薄膜,并研究了其光催化活性. XRD研究结果表明:镧系离子掺杂TiO2薄膜的XRD与未掺杂薄膜的XRD基本一致. 在控制实验条件下,主要为锐钛矿型晶型. UV-Vis吸收光谱表明:当λ＞360 nm时其吸光值低于0.4,并测得薄膜的厚度.光催化降解罗丹明B的实验表明,掺杂稀土离子的TiO2薄膜的光降解效率高于未掺杂的TiO2薄膜. 当n(La)=0.5%,n(Eu)=0.7% ,n(Er)=0.8% (n为摩尔比)时的降解效率达到最大. 而不同镧系离子在最佳掺杂量时的光降解效果为:La3+＞Eu3+＞Er3+.     

P型掺杂金刚石电极双电层电容器研究

金刚石具有的一系列优良特性使其成电极材料的重要选择之一，采用P型掺杂金刚石薄膜电极可制备具有一定应用价值的双电层电容器．本文介绍了金刚石薄膜电极电化学双层电容器的基本原理、结构和主要参数．并通过对实验制备出的电容器进行相关参数的测定，证明了以P型掺杂金刚石为电极材料的双电层电容器具有优良的特性和良好的应用前景．     

高质透明ZnO/ 金刚石异质结的制备

介绍一种高质透明异质结的表征与制备方法. 该异质结首先在金刚石单晶表面制备出p型金刚石单晶薄膜, 然后在其上制备高取向ZnO薄膜, 构成n型区. 系统测试结果表明, 当p\|n结正向偏压达到2.5 V时, 电流密度为109 A/m2, 启动电压为0.72 V, 与期待值一致. 良好的整流特性以及在可见光范围内的透明特性在该元件中得以实现.      

CuPc/H2PtCl6有机半导体毒气传感器的制备与性能

针对有毒有害气体的监测问题,采用有机合成工艺制备了CuPc有机半导体材料,并对其进行杂化处理和电极设计,形成了具有较佳性能的毒气传感器．以对甲基苯酚、4-硝基邻苯二晴为原材料,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,在N\-2保护和碳酸钾的催化作用下合成酞菁分子碎片,再以共溶技术合成了4取代对甲苯氧基CuPc．然后,按照一定比例将CuPc和H\-2 PtCl\-6共溶在甲醇溶液中,杂化合成了有机半导体CuPc/H\-2PtCl\-6气敏材料．并采用多孔电极结构结合真空饺技术形成气敏薄膜型传感器．质谱和红外吸收光谱分析验证了合成工艺路线的正确性．电子扫描观察了多孔电极和气敏膜的微观形貌．气敏性能测试表明,CuPe/H\-2PtCl\-6对Cl\-2和H\-2S等有毒气体有较好的敏感性和选择性．     

Orientation variation along growth direction of millimeter free-standing CVD diamond thinned by mechanical grinding

A free-standing diamond film with millimeter thickness prepared by DC arc plasma jet was thinned successively by mechanical grinding. The orientation and quality of the diamond films with different thicknesses were characterized by X-ray diffraction and Raman spectroscopy, respectively. The results show a random grain-orientation distribution during the initial growth stage. As the film thickness increases, the preferred orientation of the diamond film changes from (111) to (220), due to the competitive growth mechanism. Twinning generated during the nucleation stage appears to stabilize the preferential growth along the 〈110〉 direction. The interplanar spacing of the (220) plane is enlarged as the film thickness increases, which is caused by the increase of non-diamond-phase carbon and impurities under the cyclic gas. In addition, the quality of the diamond film is barely degraded during the growth process. Furthermore, the peak shift demonstrates a significant inhomogeneity of stress along the film growth direction, which results from competitive growth.     

Effect of H2S concentration on the corrosion behavior of pipeline steel under the coexistence of H2S and CO2

The effect of H2S concentration on H2S/CO2 corrosion of API-X60 steel was studied by scanning electron microscopy, a weight-loss method, potentiodynamic polarization tests, and the electrochemical impedance spectroscopy technique. It is found that the cor-rosion process of the steel in an environment where H2S and CO2 coexist at different H2S concentrations is related to the morphological structure and stability of the corrosion product film. With the addition of a small amount of H2S, the size of the anode reaction region is de-creased due to constant adsorption and separation of more FeS sediment or more FeHS＋ions on the surface of the steel. Meanwhile, the dou-ble-layer capacitance is diminished with increasing anion adsorption capacity. Therefore, the corrosion process is inhibited. The general cor-rosion rate of the steel rapidly decreases after the addition of a small amount of H2S under the coexistence of H2S and CO2. With a further increase in H2S concentration, certain parts of the corrosion product film become loose and even fall off. Thus, the protection provided by the corrosion product film worsens, and the corrosion rate tends to increase.     

Investigation of the deterioration of passive films in H2S-containing solutions

The effect of H2S on the corrosion behavior of 316L stainless steel was investigated using electrochemical methods by changing the gas condition from CO2 to H2S and then back to CO2. The presence of H2S showed an acceleration effect on the corrosion of 316L stain-less steel in comparison with CO2. The acceleration effect remained even after the complete removal of H2S by CO2, indicating that the pas-sive film was irreversibly damaged. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis indicated that the passive film was composed of Cr2O3, Fe2O3, and FeS2 after being immersed in H2S-containing solutions. The semiconducting property of the passive film was then investigated by using the Mott–Schottky approach. The presence of sulfides resulted in higher acceptor and donor densities and thus was responsible for the deterioration of passive films.     

金刚石膜和氢化非晶碳膜电阻率测量的对比研究

对金刚石膜和氢化非晶碳膜的电阻率测试方法进行了对比研究，即对金刚石膜采用“大”尺度电极，氢化非晶碳膜采用“大”尺度电极和小尺度电极测量I－V曲线进行对比分析和讨论，得出了有意义的结果。     

利用磁控溅射仪制作平面薄膜型H2S硅微传感器

通过反应溅射 ,以硅基片 (表面上有白金加热电极 )为基底制作H2 S薄膜气敏元件 .实验表明 ,纳米SnO2 对H2 S具有较高的敏感度 ,对干扰气体的选择性较好 .性能测试表明 ,元件的特性与敏感材料的厚度、溅射气压等工艺参数有关系 ,但敏感材料的厚度对元件的特性起着决定性的作用 ,气敏薄膜有一个最佳厚度范围 .通过X射线衍射仪进行材料的微观分析 ,表明SnO2 的平均粒径大小为 8.5nm .     

CO2对Na2S脱除SO2同时制取H2S过程的影响

冶金和石油行业的SO2与H2S共存脱硫装置——克劳斯装置产生含高浓度SO2的尾气，利用Na2S碱性溶液吸收SO2是一种SCOT法的替代方法一在Na2S碱性溶液吸收SO2过程中，SO2吸收过程为气膜控制，尾气中高浓度的CO2在反应过程中参与化学平衡过程，在一定程度上增加SO2的气相传质阻力，影响SO2的吸收速率，导致反应第二阶段SO2吸收不完全，是放大设计中必须考虑的因素。气相中CO2的存在，有助于提高xH2S/Na2S以及nH2S/SO2析出更加充分。     

MPCVD金刚石薄膜形核率研究

本文对ＭＰＣＶＤ金刚石薄膜的成核过程进行了研究，详细描述了金刚石晶粒成核的微观过程，给出了单晶硅（１００）基片上金刚石薄膜的成核密度随时间的变化曲线     

含H2S天然气井溢流过程动态模拟

考虑H₂S在井筒中的相态变化,建立了含H₂S气井井筒动态溢流模型,同时采用有限差分法对模型进行求解,结合四川某含H₂S天然气井现场数据模拟含H₂S天然气井溢流过程,并将模拟结果与不含H₂S气井进行对比分析。研究结果表明：随着温度和压力的降低,H₂S在上部地层井段发生相变并直接引起气体体积的膨胀。含气率的突增使钻井液池增量迅速增加,且在相同的溢流时间内,关井时刻钻井液池增量增加更明显。含H₂S气井井筒内气体膨胀更迅速,导致环空压力下降更快,环空流型转化更加迅速。此外,井底压力下降更快,关井套压迅速增加,进一步加剧了溢流程度。因此,含H₂S气井井喷预警时间急剧缩短,井控难度和井喷危险大大增加。