新型KTN衬底上生长金刚石及其光催化性能研究

采用微波等离子体化学气相沉积技术,以钽铌酸钾(KTa1-xNbxO3,简称KTN)作为衬底,生长高质量金刚石薄膜。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和拉曼光谱仪观察并分析金刚石薄膜的表面形貌和微观结构,并研究样品的光催化性能。结果表明:金刚石生长过程中形成了碳化钽过渡层;随着生长时间延长金刚石质量不断提高;所有样品均表现出良好的降解罗丹明B的能力,其中生长时间为12 h的样品对罗丹明B的降解效率提高了0.29倍,与生长时间为3 h的样品相比其降解效率提高了1.6倍。本研究为生长多晶金刚石提供新型衬底,并探索金刚石在光催化方面的应用。

ECR-MPCVD单晶金刚石外延生长研究

借助高速光纤光谱仪对ECR微波等离子体进行实时诊断,研究了等离子体空间分布以及工作气压和甲烷浓度对等离子体发射光谱的影响,并在ECR-MPCVD设备上研究了单晶金刚石同质外延生长工艺。在CH4/H2体系下,ECR微波等离子体与运行于中高气压下等离子体中所含基团种类基本相同。且等离子体各基团谱峰相对强度沿磁场强度梯度下降的方向减弱,在磁场共振区(875 Gs)最强,将基片台置于磁场共振区,则基片台附近各基团谱峰相对强度随气压的升高先增强后减弱,I(H_(α))、I(H_(β))、I(H_(γ))峰值在气压0.6 Pa附近,I(CH)和I(C_(2))峰值在0.8 Pa附近。保持工作气压为0.8 Pa,甲烷浓度从0.5%增加到8%的过程中,I(H_(α))几乎不变,I(H_(β))和I(H_(γ))先降低后趋于饱和,I(CH)和I(C_(2))先增强后趋于饱和;I(H_(α))/I(C_(2))先急剧下降后缓慢减小再趋于饱和,I(H_(α))/I(CH)缓慢减小并趋于饱和,I(CH)/I(C_(2))和I(H_(γ))/I(H_(β))基本不变。以微波功率1200 W,氢气流量50 mL/min,甲烷浓度3%,工作气压0.8 Pa,金刚石种晶温度800℃的条件下生长10 h,在抛光的单晶金刚石表面得到了呈台阶状生长的外延层,生长速率为200 nm/h。

ECR微波等离子体对单晶金刚石表面的碳纳米墙修饰

利用电子回旋共振(ECR)微波等离子体,在CH4/H2体系下,对高温高压单晶金刚石表面进行了碳纳米墙修饰。通过等离子体发射光谱研究ECR等离子体内基团的谱线强度在不同工作气压、CH4浓度下的变化规律,结合扫描电子显微镜对单晶金刚石表面的微观形貌进行分析,进一步研究了工作气压和CH4浓度对碳纳米墙修饰结果的影响。结果表明:碳纳米墙的取向性受工作气压影响大,低气压(0.07 Pa)条件下生长的碳纳米墙垂直取向明显,金刚石表面也出现垂直刻蚀形貌;在高气压(5 Pa)条件下生长的碳纳米墙取向性较差。同时,碳纳米墙生长的临界CH4浓度也与工作气压有关:低气压条件下碳纳米墙生长的临界CH4浓度高,工作气压为0.07 Pa时,碳纳米墙生长的临界CH4浓度为3%;工作气压升至5 Pa时,碳纳米墙生长的临界CH4浓度降为1%,碳纳米墙密度随CH4浓度升高而增大。

氮等离子体掺杂对ZnO/TiO2核壳纳米棒可见光催化性能的影响

采用水热法和液相沉积法制备了ZnO/TiO2核壳纳米棒阵列,并利用电子回旋共振微波等离子体对其进行N掺杂。利用SEM、TEM、XRD、XPS对其形貌和结构性能进行表征,研究了N掺杂对其晶体结构、元素组成和表面电子态的影响。利用紫外可见分光光度计和光催化性能测试装置对其光学性能和可见光催化性能进行了研究。结果表明,N掺杂未对晶体结构产生明显影响,掺杂N在TiO2中主要以替位掺杂的方式存在。随着等离子体工作气压的降低,替位掺杂N的浓度随之增加,而带隙宽度却随之减小。研究发现,N掺杂ZnO/TiO2核壳纳米棒阵列的可见光催化活性随着替位掺杂N浓度的增加而增强,并基于能带理论对可见光催化性能增强机制进行了讨论。

浅谈工业等离子体原理理论教学与实践结合的重要性

针对工业等离子体原理课程所需要的理论与实践的紧密结合,从教学手段、教学模式和实践教学方面,让学生从被动学习变成主动学习,取得了较好的教学成果。

Preparation of Mo_(2)C by MPCVD and Its Photocatalytic Properties

Mo2C was prepared by microwave plasma chemical vapor deposition(MPCVD)technique with the power of 800 W and pressure of 18 kPa.Compared with traditional preparation methods,MPCVD has faster growth rate and higher purity of the products.The influence of growth time on the morphology and structure of Mo_(2)C was characterized by X-ray diffraction and Scanning Electron Microscopy.The photocatalytic performance of Mo_(2)C was tested.It was found that Mo_(2)C had good photocatalytic performance and the 6 h sample had the highest photodegradation rate,indicating the great potential of Mo_(2)C as photocatalyst.

单晶金刚石侧向扩大生长中基团分布的调控

采用微波等离子体化学气相沉积法,在半开放式样品台上通过调整种晶在样品台中的凸出高度(Δh)实现了对微波等离子体中基团分布的调控,并进行了单晶金刚石的侧向外延扩大生长研究。将发射光谱与金刚石样品的傅里叶变换红外光谱、Raman光谱、白光干涉测试结果及光学形貌表征结果结合起来,分析了种晶在样品台中的凸出高度对侧向外延生长单晶金刚石的影响。结果表明:随着凸出高度增大,等离子体中的C2(516.08 nm)基团在中心区域(-2~2 mm)的相对浓度增加,当凸出高度为0.6 mm时,中心区域碳源基团的浓度相对较高,导致该区域的纵向生长速率略高于周围区域的纵向生长速率,有利于生长面自主形成偏离(100)晶面一定角度的倾斜结构,进而侧向扩大生长出无多晶金刚石外圈且红外光学透过性能优异的单晶金刚石。顶部生长面自主形成一定角度的倾斜结构,是实现单晶金刚石侧向外延扩大生长的关键。继续增大凸出高度至0.8 mm,就会导致中心区域C2(516.08 nm)基团的相对浓度过高,形成金字塔丘状体,反而不利于高质量单晶金刚石的外延生长。