人造金刚石低压合成的非平衡定态相图研究

人造金刚石能实现低压稳定的生长,同时可出现石墨的消蚀,对此无法用经典热力学来加以解释.用非平衡热力学耦合理论,可以对人造金刚石的低压合成作出明确的回答.对恒温恒压反应过程,用Gibbs自由能,(G)的变化来判断反应方向.(1)C(石墨)=C(金刚石);低压下,△G_1>0;反应自发地向左方.(2)H~*=1/2H_2,△G2<<0;反应强烈趋向于右方.反应(1)与(2)发生热力学耦合时,(3)=(1)+χ(2),C(石墨)+χH~*=χ/2 H_2+C(金刚石),只要耦合参数χ不是很小,△G_3=△G_1+χ△G_2<0;反应将趋向于右方.所以,有足够超平衡浓度     

三元熔盐相图特征预报的人工神经网络方法

运用热力学方法可根据二元熔盐相图估量三元熔盐相图。但当三元系形成二元系中不存在的三元化合物时,对未知三元相加系相图或三元互易系相图的热力学计算将遇到困难。本文报道人工神经网络(ANN)-键参数方法总结和预报三元熔盐系相图若干特征的规律。     

LiCl-NaCl-KCl相图的实验测量和热力学优化

碱金属氯化盐混合物LiCl-NaCl-KCl可以作为熔盐电解法制备稀土及其合金的电解质,该体系的相图是构建含稀土的多元氯化盐体系热力学数据库的基础.本文采用差热分析法对二元系LiCl-NaCl和三元系LiCl-NaCl-KCl的相图进行了实验测量,并基于新的实验数据和文献数据对这两个体系的相图重新进行了热力学优化,修正了现有数据库中LiCl-NaCl-KCl的热力学参数.计算得到的LiCl-NaCl是二元匀晶体系,极小值点位于xNaCl=0.262,温度为820 K.与前人的优化结果相比,本文计算得到的固相线更接近实验值.计算结果表明, LiCl-NaCl-KCl的液相面有一个极小值点,而不是四相共晶点,对应的组分为55%LiCl-8%NaCl-37%KCl,温度为620 K.     

用CVD法合成高T_cNb_3Ge实用超导体的基体温度理论研究

Nb_3Ge的临界温度Tc最高(23.2K),它具有三高(高Tc、Jc、Hc_2)一低(低损耗)的优良特性。广为世界各国探索高临界温度超导工作者的研究中心课题,其中化学气相沉积法(简称CVD法)研究最为广泛,至今尚未看到有Nb_3Ge实用长带制备成功的报道,而炽热基体温度是合成Nb_3Ge实用带的关键,因此,笔者从化学热力学的角度进行了探讨。本文是在Wan等进行过Nb-Ge-H-Cl体系的平衡CVD相图所提供的热力学数据的基楚上,探讨在总压为     

偏压对金刚石膜成核过程的影响

金刚石膜与天然金刚石类似,具有许多优异的特性,可广泛用于机械、光学和电子等领域.目前已用各种CVD技术制备出了可供实际应用的金刚石膜.这些技术遇到的一个主要问题是怎样提高成核密度和质量.特别是在异质衬底材料(如Si)上如何控制核化密度和貌相,从而达到异质外延生长金刚石膜.为了实现这一目的人们采取了各种方法和措施,如在沉积膜前对Si衬底进行划痕或在金刚石粉末溶液中进行超声波处理;用化学腐蚀或沉积非晶碳过渡层等.最近研究发现,对衬底加负偏压可大大提高成核密度.在微波等离子体CVD法中对衬底加负偏压后,在不经任何处理的抛光Si片上金刚石成核密度达10~(10)cm~(-2).并且利用此方法已成功地在Si衬底上实现了异质外延或织构生长金刚石膜.然而至今对热灯丝CVD法沉积金刚石膜中加负偏压增强成核密度研究的还不多.本文对热灯丝CVD负偏压法增强成核问题进行了实验研究,并对其结果进行了讨论.热灯丝CVD法沉积金刚石膜装置同文献[3]中的一样,衬底材料是Si(100),首先对硅衬底分别在丙酮和乙醇中分别进行超声处理,然后在50%HF溶液中腐蚀2min,去除天然氧化硅,接着用去离子水冲洗数次,最后用甲醇超声处理烘干后放入反应室中抽真空以备实验.沉积条件为衬底温度850℃,灯丝温度2000～2400℃,甲烷浓度(CH     

用热解化学气沉积法选择性生长金刚石薄膜的研究

一、引言 金刚石薄膜作为一种新型多功能材料,其制备和应用研究在近几年内取得了飞速的发展.目前,用各种化学气相沉积方法(CVD)合成的金刚石薄膜在一些领域内已取得了初步的应用.金刚石薄膜的选择性生长就是在衬底表面上按照所需图形生长金刚石薄膜,因此选择     

热力学-原子参数-人工神经网络相图计算方法

尽管用热力学方法计算机预报相图已取得很大成就,但热力学数据的缺乏,对未知相图的预报仍然是一大障碍。Miedema提出使用原子参数估算合金体系的热力学性质。陈念贻等为了预报未知相图,利用人工神经网络和原子参数预报了合金体系的某些热力学性质,如熔点、熔化类型等。在此,我们提出了热力学-原子参数-人工神经网络相结合的相图计算方法。首先从二元系相图计算出溶液的相互作用参数,然后利用人工神经网络和原子参数预报相互作用参数,最后再利用预报的相互作用参数计算出相图。为此,我们采用此法研究了过渡金属低共熔点和液-液分层二元系的相图。     

Al-Dy,Dy-Zr和Al-Dy-Zr体系的热力学优化

与Al3Sc类似,Al30Dy7Zr3化合物也具有L12结构,有望利用其来提高Al合金的高温强度.因此,了解Al-Dy-Zr体系富Al角的相关系极为重要.本文将C15_Laves相处理成计量比化合物,重新优化了Al-Dy二元相图;采用包含16个原子的特别准随机结构(SQS_16)来模拟Dy1-xZrx(x=0.25,0.5,0.75)hcp_A3固溶体,通过第一原理方法计算了其0 K下的混合焓.根据该计算结果以及文献中评估的相图对Dy-Zr二元系进行了热力学优化;最后,结合3个边界二元系的热力学描述,将第一原理计算与相图计算(CALPHAD)方法相耦合优化了Al-Dy-Zr三元系富Al角相图.计算的相关系数与实验结果符合得很好,证明该热力学描述是合理的.     

熵增加原理的发展及其应用

熵是克劳修斯(R.Clausius)于1854年首先引入的一个热力学状态函数,用来表述热力学第二定律即熵增加原理.二十世纪初,以第一、二、三定律为基础的热力学,已发展成为一门独立的学科——平衡态热力学(即所谓经典热力学).1945年以普利高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派,在平衡态热力学的基础上开始建立了非平衡态热力学理论.首次把平衡态的熵增加原理发展为近平衡(即线性非平衡)情况下的最小熵产生定理,以及远离平衡(即非线性非平衡)情况下的超熵产生概念和耗散结构理论.非平衡态热力学理论的创立是近几十年来热力学发展史上的突破,它的应用远远超出了经典热力学的范围,不仅在非生物界,而且在生物界以及经济学、社会学等学科中的研究和应用都具有广阔的发展前景.     

激光修饰金刚石膜的表面抛光技术

化学气相沉积(CVD)金刚石为多晶材料,其表面多为杂乱分布晶粒的堆积,尤其是金刚石厚膜,其表面堆积的大晶粒显露出明显的棱角,表面相当粗糙.而金刚石膜在电子学等领域的应用要求其表面具有较好的光洁度,以便形成良好的接触表面.同时受到合成工艺条件的影响,使生长的膜在厚度的一致性方面很差,特别是用灯丝热解CVD(HFCVD)和电子增强CVD(EACVD)方法合成的金刚石膜,一般膜厚度的不均匀性在平均厚度的±20%范围内变化(表面积为1cm×1cm).这种表面粗糙厚度不一致的膜不能直接得到应用,否则由于接触和厚度的一致性差而造成的缺陷将完全掩盖金刚石膜在电子学等领域的应用优势,其效果可能比不用金刚石膜还差.因此对金刚石膜表面必须进行抛光以获得较好的光洁度,同时要解决厚度一致性差的问题.     

SiO_2-A1_2O_3-Nd_2O_3相图及低共熔点的计算

以Lukas程序优化计算了三个赝二元系(SiO_2—A1_2O_3,Al_2O_3—Nd_2O_3,SiO_2—Nd_2O_3)的相图,得出了相应的热力学参数,并预测估算了赝三元系的等温截面和低共熔点。 1.热力学模型和计算     

金刚石薄膜的阴极荧光特性研究

自从Setaka等人利用CVD方法在硅等非金刚石衬底上合成出具有清晰结晶晶面的金刚石晶体及多晶金刚石薄膜以来,金刚石的合成技术在近几年取得了迅速的发展。同时,气相生长金刚石的材料性质研究及应用研究也取得了较大的进展。     

Fe-C(H)系高温高压合成金刚石的研究及意义

Fe-C(H)系高温高压(HPHT)合成金刚石的形态、微形貌、微成分及微结构的研究表明, 所合成金刚石大多为八面体, 且自中心→边缘以片层式生长方式为主; HPHT合成金刚石粒度小, 极有可能与其形成仅经历了早期成核-长大阶段有关, 中后期会因为所合成金刚石小晶粒表面能的差异而聚结, 致使长大受限; Fe-C(H)系HPHT合成金刚石中聚合态氮的出现, 与氢可以有效降低单替代氮向聚合态氮转变的活化能有关; 目前, 通过氮聚合转变的计算获得天然金刚石的形成时间达到若干亿年, 这一问题值得商榷; 在充分关注氢的影响基础上, 从 HPHT 热力学的角度围绕表面能对金刚石长大的影响进行研究, 不但有利于解决金刚石HPHT合成中存在的问题, 而且可以在HPHT合成金刚石与天然金刚石形成的解释中建立桥梁.     

地球系统演化自组织理论与热动力模式

地球演化遵循特殊的非平衡、非线性物理学原理.地球之所以摆脱了行星共有的归宿——非平衡定态,跃迁到一个充满希望的非线性世界,是由于地球体系曾发生过一次来自内部的、随机的巨涨落。这次决定地球命运的巨涨落就是原始CO_2大气自发液化事件(干冰事件).建立在非平衡热力学理论和干冰假说基础上的地球系统演化理论与模式,使许多地球问题和复杂现象获得解释,同时也成功地建立了完整的地球演化重要事件的时间序列.     

大尺寸单晶金刚石同质连接技术

介绍了制备人造单晶金刚石的技术途径及发展现状,重点讨论并对比了几种化学气相沉积法(CVD)金刚石制备技术的优缺点,详细阐述了基于微波等离子体CVD (MPCVD)法的同质连接技术——一种突破晶体尺寸限制,实现大尺寸单晶金刚石的有效途径。通过该技术实现了英寸级单晶金刚石晶片的制备,并针对横向生长、界面质量及演化、三维结构连接控制等核心科学技术问题进行了分析和讨论,展望了其在尖端应用领域的发展前景。     

Si和Mo基片上气相生长金刚石薄膜的界面状态研究

在低压气相生长金刚石薄膜中,金刚石薄膜与基片间的界面状态是一个十分重要的问题,它不仅与金刚石在异质基片上的成核、生长机理有密切关系,而且在很大程度上决定着金刚石薄膜与基片的粘附性能.近几年来,人们首先较多地研究了单晶Si基片生长金刚石薄膜中的界面状态,认为在金刚石薄膜与Si基片之间存在着一个界面层或过渡层,其主要成分是β-SiC.但也有人认为不存在界面层,金刚石是在Si表面直接生长的.其它基片上生长金刚石薄膜的界面状态也曾见报道.     

LaCl_3-BaCl_2-LiCl三元体系相图的研究

熔盐体系相图,对于研究熔盐体系的各种物理化学性质及电解制备金属是非常必要的.LaCl_3-BaCl_2-LiCl三元相图尚未见文献报道,因实际工作需要本文测定了本三元体系相图.其相关的二元体系相图,文献均有报道.LaCl_3-LiCl与BaCl_2-LiCl体系均属简单低共熔体系.前者e(65.8wt%LaCl_3,508℃),后者认为e(13.3Wt.?Cl_2,512℃),作者重新考察其结果为e(13.3wt.?Cl_2,520℃).LaCl_3-BaCl_2体系,Vogel报道该体系有一化合物Ba_2LaCl_7,属固液异组成相图类型,无变点分别为e(70.0wt.%LaCl_3,730℃),P     

相图研究的现状及发展

一、相图研究的意义 相图是对一个物质体系相平衡进行图示的总称。它描述的是一个体系当相平衡时在给定状态条件下另一些热力学变量的变化轨迹,所提供的相平衡信息对人们研究物质世界具有重要意义。当今相图的广义概念,包括了物质相的热力学性质和相平衡研究的整个内容。相图研究的物质对象涉及各个工业和技术领域。在材料科学中,它是选择材料成分、制定处理工艺     

CuO-La_2OO_3二元相图的热力学分析

一、引言 Ba-La(Y)-Cu氧化物超导材料的发现,使超导材料的研究进入了一个崭新的时代。Ba-La(Y)-Cu氧化物超导材料的特性与材料的制备工艺密切相关。BaO-La_2O_3(Y_2O_3)-CuO三元相图的研究无疑对材料的制备工艺具有重大的指导作用。已有一些作者对这类体系的相图进行了测定。但由于组成该三元系的纯组元的熔点很高,给相图的测定带来很大困难。更     

相图专家聚会长沙

中国物理学会第四届全国相图学术会议于1986年11月4～8日在长沙中南工业大学举行.与会代表105名,提交会议交流的论文103篇.论文内容包括合金相图、熔盐相图、陶瓷相图、计算相图、相结构、相图理论、亚稳态研究、计算机热力学数据处理和相图应用等方面.这次会议有不少工作是结合我国的资源开发的,这些工作不仅丰富了相图宝库,而且为材料