W波段TWT用硼掺杂金刚石衰减器的热稳定性能研究

针对大功率折叠波导行波管(TWT)对高导热衰减材料的迫切需求,开展了硼掺杂金刚石膜制备和介电性能研究,在此基础上研制出硼掺杂金刚石衰减器并探究衰减器性能的热稳定性。研究结果表明,硼掺杂浓度为1.81×10^(19) cm^(-3)的金刚石膜,在W波段介电常数和损耗角正切平均值分别为7.18和0.30;随着环境温度从室温升高至90℃,在85~110 GHz范围内,硼掺杂金刚石衰减器的|S_(11)|由19.67 dB提高至20.94 dB,|S_(21)|由44.03 dB提高至45.63 dB,呈现出较高的热稳定性。

硼掺杂金刚石薄膜的制备和性能研究

通过热丝化学气相沉积法,在硅基上沉积硼掺杂金刚石薄膜,研究硼源流量对硼掺杂金刚石薄膜的导电性能、晶粒尺寸、晶面方向及残余应力等的影响。结果表明:随硼流量增加,金刚石薄膜电阻迅速降低;超过一定流量后,薄膜的缺陷和杂质增多,阻碍了电阻的进一步下降。硼流量在0~25mL/min内逐渐升高时,金刚石薄膜平均晶粒尺寸从3.5μm增长到8.3μm,硼元素促进了(111)晶面的生长;硼流量继续增大到35mL/min时,对(111)晶面的促进作用减弱,晶粒尺寸减小且晶粒表面缺陷增多而失去完整性。X射线衍射分析表明:随硼流量增加,金刚石薄膜(111)晶面和(110)晶面的衍射峰面积比,呈先增加后减少的趋势,在硼流量为20mL/min时达到最大值;且硼掺杂金刚石薄膜残余应力为压应力。在硼源流量小于10mL/min时,应力随流量的增加而减小;当硼流量大于30mL/min时,应力随流量的增加而增大。

硼掺杂金刚石厚膜电极对高浓度工业废水的降解实验研究

目的探索BDD厚膜电极处理高浓度有机废水方案的可行性。方法利用直流电弧等离子体喷射法制备BDD厚膜电极,对其结构和电化学性能进行表征,并利用BDD厚膜作为电解阳极对高浓度模拟废水(葡萄糖溶液)和实际工业过程产生的橡胶助剂废水进行电化学氧化处理。结果对电极样品的表征表明,其在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中的电化学窗口和析氧电位分别为3.02 V和2.07 V。对模拟废水(葡萄糖溶液)和橡胶助剂工业废水的电化学降解实验表明,BDD厚膜电极对废水中的有机物有很好的去除效果。对于初始COD(化学需氧量)值为18940 mg/L的高浓度葡萄糖溶液,在电解8 h后,COD值的去除率为91.02%。对于初始COD值为18380 mg/L的高浓度橡胶助剂废水,在电解10 h后,COD值的去除率为97.42%。结论直流电弧等离子体喷射法制备的重掺杂BDD厚膜电极有着较宽的电化学窗口和高的析氧电位,能有效地降低有机溶液的COD值。BDD厚膜电极的最佳工作条件为:在高有机物浓度环境下,为提高降解效率,应选择较高的电流密度。对于高COD值葡萄糖溶液和橡胶助剂废水,最优电流密度为200 mA。在低有机物浓度环境下,为降低能耗,应该选择较低的电流密度。对于低COD值葡萄糖溶液,最优电流密度为50 mA。

BDD电极去除废水中氨氮的反应机理

采用硼掺杂金刚石(BDD)膜电极对氨氮废水进行处理,重点探讨了氨氮的氧化机理。结果表明:碱性条件下,氨氮在BDD电极上可直接氧化,其氧化率达6%。在氯离子存在条件下,氨氮氧化以间接氧化为主,氨氮去除率可达到87%,其中直接氧化率为8%,间接氧化率为79%,且在氧化过程中活性游离氯更易与氨氮发生反应,转化为N2或硝酸盐,而不是转化为氯酸盐或有害的高氯酸盐。