含边界裂缝金刚石烯抗拉特性和破坏机理

金刚石烯因其优异的物理性质,近些年来备受科学家们关注.然而由于目前技术的限制,金刚石烯在制备过程中难免出现缺陷.本文采用分子动力学方法,研究了边界裂缝对金刚石烯抗拉特性和破坏机理的影响.结果表明,裂缝的存在导致金刚石烯的抗拉性能大幅度削弱,含边界裂缝金刚石烯的弹性模量、起裂应变和起裂应力均小于无裂缝金刚石烯.破坏模式方面,无裂缝金刚石烯的破坏从移动端附近开始,含边界裂缝金刚石烯的破坏从裂缝尖端开始.无裂缝金刚石烯在达到起裂应变后,无需继续增大荷载即形成贯穿裂缝,完全失去承载能力;含边界裂缝金刚石烯在达到起裂应变后,仍需继续施加荷载,裂缝经过多次延伸后,形成贯穿裂缝,导致其完全失去承载能力.裂缝位置、长度和方向的改变也会使含裂缝金刚石烯的抗拉特性和破坏机理发生变化.另外,含边界裂缝金刚石烯的抗拉特性对温度有着明显的依赖性,当温度升高时,含边界裂缝金刚石烯的抗拉特性显著下降.

不同衬底对金刚石-石墨烯复合薄膜场发射性能影响研究

金刚石薄膜因其高导热性、负电子亲和势、低功函数和长期稳定性的特点被认为是一种很有潜力的场电子发射阴极材料。金刚石薄膜沉积在衬底上后,在不破坏金刚石薄膜自身结构完整性的前提下很难将其剥离。因此在场发射性能测试中一般是将金刚石薄膜和衬底作为整体测试,而衬底和金刚石薄膜间存在界面势垒,界面势垒对场发射性能的影响不可忽略。目前针对金刚石薄膜与衬底界面对场发射性能影响的研究相对较少,需要更多的关注和研究。分别以单晶硅、金属铌、金属钼为衬底,采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法生长制备了金刚石-石墨烯复合薄膜。对金刚石-石墨烯复合薄膜微观形貌、成分含量等进行了表征并研究了其场发射性能。研究结果表明,不同衬底对复合薄膜场发射性能影响显著,以金属铌衬底制备的复合薄膜表现出低开启场(E_(0)=2.5 V/μm)和较高发射电流密度(J@5.3 V/μm=1.9 mA/cm^(2))。此研究为获得更优场发射性能的金刚石-石墨烯复合薄膜提供了新的思路。

掺氮超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的制备及其生长机理研究

金刚石-石墨烯杂化/复合材料兼具金刚石和石墨烯的优异性能,在储能、光电、生物传感器等领域有着重要的应用。近年来,大量的研究致力于这类材料的形成过程,但其生长机理仍不清楚。采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以有机小分子二异丙胺作为唯一碳、氮源制备了氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜。采用SEM、TEM、Raman、XRD等手段详细分析了杂化薄膜的微观形貌以及物相组成,并结合等离子体发射光谱(OES)对生长时基团种类及含量变化的原位测量,提出了可能的生长机理,为调控氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的微观结构和性能提供理论依据。

金刚石基钯纳米颗粒复合材料的制备及催化性能研究

以金刚石为基体,经真空放电等离子体烧结(SPS),通过改进的Hummers法合成金刚石@氧化石墨烯(D@GO)中间体,利用NaBH4还原Pd^2+生成钯纳米颗粒静电吸附于中间体后制备了金刚石@氧化石墨烯@钯纳米颗粒(D@GO@PdNPs)复合材料。通过一系列的表征技术对复合材料进行形貌结构、化学成分、分散度和热稳定性分析。结果表明:D@GO复合材料中的介孔结构成功地防止了钯纳米颗粒子的团聚,单晶钯纳米颗粒均匀分散在含有立方金刚石成分的GO片层结构上,当温度达到600℃时复合材料质量仍保持在72.5%。将合成的D@GO@PdNPs复合材料对硝基化合物进行催化实验,发现对4-硝基苯酚(4-NP)和2-硝基苯胺(2-NA)具有较高的催化效果,在连续8个催化循环后,催化4-NP的转化率仍然约95%,并且催化2-NA的转化率仍然约90%。