静态高压下有机碳源合成金刚石的研究

摘要

我国是金刚石产业大国，但是金刚石合成技术同世界先进水平相比还有一定的差距，所以我国金刚石产业面临着产业升级的严峻形势。目前，我国的金刚石人工合成主要依赖于以金属触媒和石墨碳源为前驱体的静态高压方法，金属触媒的存在会不可避免地给金刚石的性能和品质带来一些不利影响。针对这一问题，本文采用了以有机碳源为前驱体合成金刚石的思路。具体工作主要围绕使用多环有机物合成金刚石开展:
　　1.探究了萘合成金刚石的温度和压强条件。萘合成金刚石所需要的压强条件下限在211bar(8GPa)附近;压强为268bar(10GPa)时，萘样品可以完全转变为金刚石;
　　2.探宄了蒽合成金刚石的温度压强条件，蒽样品可以在进268bar(11GPa)，1700℃的温压条件下完全转变成金刚石;
　　3.探究了氮蒽合成金刚石的温压条件，对氮蒽的高压热转化过程进行了探讨。氮蒽合成金刚石所需压强条件下限应在268bar(10GPa)以下，氮蒽样品在进268bar(11GPa)，1700℃的温压条件下可以完全转变成金刚石;
　　4.探究了菲啰啉合成金刚石的温压条件，在进268bar(11GPa)，1700℃的温压条件下，菲啰啉样品会部分转变成金刚石，菲啰啉样品完全转变成金刚石所需压强条件应高于进268bar(11GPa)。
　　5.探究了温度梯度及压强梯度对有机碳源合成金刚石产率的影响。压强负载低于样品向金刚石完全转变所需压强负载时，压强梯度会明显影响有机碳源合成金刚石的产率。加热温度低于样品向金刚石全转变所需温度条件时，温度梯度会明显影响有机碳源合成金刚石的产率。
　　6.对有机碳源中氮元素对金刚石合成所需压强条件的影响进行了探讨，有机碳源中氮元素含量越高，样品完全转变成金刚石所需压强条件越高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 金刚石的结构、分类、性质及用途

1．1．1 金刚石的结构

1．1．2 金刚石的分类

1．1．3 金刚石的性质

1．2 金刚石的人工合成

1．2．1 人工合成金刚石研究历程

1．2．2 金刚石的合成方法

1．2．3 静态高压法合成金刚石

1．3 静态高压设备简介

1．3．1 二面顶高压设备

1．3．2 多面顶高压设备(MAA)

1．4 选题依据和主要研究内容

1．4．1 选题依据

1．4．2 研究现状

1．4．3 主要研究内容

2 高压设备和表征手段

2．1 六含八多压砧高压设备简介

2．1．1 Walker型高压装置的传压结构

2．1．2 高压实验样品组装

2．2 八面体组装件(14／8)

2．2．1 进口八面体组件主要部件介绍

2．2．2 进口八面体组件的压强标定

2．2．3 国产八面体组装件的温度压强标定

2．3 表征手段

3 有机物合成金刚石的实验准备

3．1 引言

3．2 实验准备

3．2．1 碳源前驱体

3．2．2 实验设备

3．2．3 实验组装

4 有机碳源合成金刚石工艺研究

4．1 引言

4．2 爆锤(Blowout)问题的解决

4．3 萘、蒽合成金刚石工艺探索

4．3．1 萘合成金刚石的工艺探索

4．3．2 蒽合成金刚石的工艺探索

4．4 氮蒽、菲哕啉合成金刚石的工艺探索

4．4．1 氮蒽合成金刚石的工艺探索

4．4．2 菲啰啉合成金刚石的工艺探索

4．5 本章小结

5 有机碳源合成金刚石产率及合成条件影响因素的研究

5．1 引言

5．2 压强梯度对有机碳源合成金刚石产率的影响

5．3 温度梯度对有机碳源合成金刚石产率的影响

5．4 氮蒽的高压热转换过程

5．4．1 XRD结果

5．4．2 Raman结果

5．4．3 SEM结果

5．5 有机碳源中氮元素含量对金刚石合成压强条件的影响

5．5．1 问题的提出

5．5．2 讨论

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

个人简历及在学期间发表论文和研究成果

致谢