王国菊[1]2004年在《CVD制备碳基材料及其特性研究》文中研究表明在本研究工作中，用热丝化学气相沉积（HFCVD 或 Cat-CVD）方法，在温度为 300oC-500oC 的单晶 Si(100)衬底上，以 CH4、SiH4和 H2为反应气体制备了β-SiC 薄膜，研究了流量、偏压、衬底温度等沉积参量对β-SiC 薄膜结构、成分和生长速率的影响。实验发现，β-SiC 薄膜的结构和生长速率受 SiH4流量的影响较大，而受 CH4流量的影响较小。适当的负偏压和较高的正偏压都能提高薄膜的结晶程度，使晶粒尺寸增加，而过高的负偏压则对薄膜表面造成过度轰击，抑制晶粒长大。在沉积过程中加入适量的 CF4，首次发现 CF4能有效刻蚀 SiC 薄膜中的 O 杂质和非晶相的 SiC，提高β-SiC 薄膜的结晶程度。 用等离子体化学气相沉积（PECVD）方法，在温度为 500oC-700oC 的单晶Si(100)衬底上，在 100-200W 的射频功率下，分别以 CH4+SiH4+H2 和 CF4+SiH4+H2为反应气体，沉积了β-SiC 薄膜。测量结果表明，以 CF4为 C 源制备的β-SiC 薄膜的 Si-C 的有序度优于相同条件下以 CH4为 C 源制备的β-SiC 薄膜的 Si-C 的有序度。 对β-SiC 薄膜的场发射特性进行了研究。测量了不同结构的β-SiC 的场发射性能，测量结果表明纳米β-SiC 薄膜相对于非晶 SiC 薄膜的场电子发射性能有明显的提高，并且减小晶粒尺寸有利于提高纳米β-SiC 薄膜的场发射性能，着重分析了晶粒尺寸对场发射性能的影响机制。 用 HFCVD 法实现了准直碳纳米管的定向生长，用溶液理论和等离子体理论分析了 N2和等离子体在碳纳米管定向生长中的作用，并分析了在含 N 的气氛中竹节状碳纳米管形成的原因。
叶通[2]2017年在《碳基材料与太赫兹波的相互作用》文中研究说明碳元素是构成各种有机物乃至生命物质的基本元素。碳基材料,如石墨、石墨烯以及碳纳米管等已经被人们所熟知,但它们与太赫兹波的相互作用还很少被研究。本文主要就石墨太赫兹产生,以及石墨烯太赫兹调制两方面的工作进行讨论,从一个新的视角揭示碳基材料的物理特性,同时展示石墨烯在太赫兹调制方面的应用潜力。关于石墨产生太赫兹波的研究最早始于2009年,随后陆续有几篇文献做了跟进,但是至今研究者们对其物理机制还没有统一的定论。我们首次对石墨太赫兹辐射进行了原位的电学调制,发现太赫兹幅值随电压连续变化,且当电压变号时太赫兹波形出现反转,这一实验结果直接揭示了石墨产生太赫兹波的物理机制——表面场驱动光生载流子运动产生瞬态电流,进而辐射出太赫兹波。同时我们还发现,与半导体材料不同,石墨产生的太赫兹信号在电调制下更易饱和,且正负偏压下的饱和幅值差异较大,其比值接近于一个常数2.3。依据第一性原理的仿真结果,我们定量地证明了这是源于石墨内电子和空穴有效质量的差异。石墨烯等离激元是近几年比较热门的研究方向,它和太赫兹波的相互作用更是一个崭新的研究课题,这其中可能蕴藏着很多未知的物理问题等待人们挖掘和探究。目前研究者们已经发现了石墨烯等离激元有别于传统半导体二维电子气的一些独特的物理性质,并且展示了其在太赫兹频段的应用潜力。我们关于此课题的研究主要可以分为两个方面:1)通过计算机仿真优化石墨烯超材料的结构和尺寸,以期利用石墨烯等离激元实现0.1~3THz频段的大幅度的选频调制。我们利用CST软件对叁种反相结构的石墨烯超材料进行了仿真:圆孔阵列、矩形孔阵列和互补型共振劈裂环阵列(CSRR)。通过比较我们发现,CSRR结构的调制深度最大,这为石墨烯在太赫兹调制以及红外传感等方面的应用提供了一个新的优化方案;2)制备基于CSRR结构石墨烯超材料的太赫兹选频调制器。实验结果显示,此调制器能实现两个偏振的大幅度调制,且调制度均达到了35%,这是目前文献报道的利用纯石墨烯结构进行选频调制的最高纪录。而且通过图案设计,我们将石墨烯等离激元的谐振频率调到了0.5THz,据我们所知,这是目前文献报道的石墨烯等离激元谐振的最低频率。由于0.1~3THz是目前绝大多数THz-TDS系统的工作频段,所以我们的工作也进一步促进了石墨烯等离激元在太赫兹调制方面的应用;由于0.1THz非常接近于电学应用的频率范围,这为石墨烯光电应用的发展提供了可能。
罗溢[3]2015年在《基于支持向量回归的碳基材料物性及其制备工艺优化研究》文中指出在当今矿产资源越来越少、开采越来越难和生活对材料要求越来越高的条件下,人工合成新型材料取代天然材料成为一种必然趋势。新型碳基合成材料在人工合成材料中扮演了重要的角色。由于其优异的电学性能,力学性能,热学性能等特性而被广泛应用于各个领域。虽然各型碳基材料已被深入研究且被广泛应用,但是其合成机理并不都是非常清楚。在这样的情况下,建立一个稳定的实验模型对控制材料的合成有着很大的帮助作用。本文主要对单壁碳纳米管半径,产量和CVD沉积类金刚石碳膜/金刚石薄膜硬度,结晶度进行了合成工艺等方面的建模优化研究,研究步骤如下:(1)收集相关实验数据并建模。(2)对所建模型的准确性进行检验。(3)分析模型所揭示的相关规律。本文建模理论为结合粒子群寻优的支持向量回归原理。主要工作如下:(1)电弧法合成碳纳米管的管径与合成工艺关系在电弧法合成碳纳米管的实验中,人们发现,所制备的碳纳米管的管径主要受到气压强度、电流强度、催化剂、缓冲气体种类等实验参数的影响。我们以上述主要实验参数为自变量,以碳纳米管半径为因变量进行了SVR建模研究,找到了自变量与因变量之间的关系并以叁维图像展示。为了进一步验证所建SVR模型的准确性,应用未参与建模的检验样本对模型进行了验证,结果表明,所建SVR模型预测值与实验结果吻合良好,所建SVR模型预测的平均绝对百分误差3.98%均优于文献报道的神经网络(ANN)和多元非线性回归方法(MNR)的预测结果(分别为17.12%和14.9%)。同时利用所建SVR模型计算了管径对各工艺参数的灵敏度,发现,对管径的影响最敏感的两因素是压强和电流强度。(2)催化裂解甲烷合成碳纳米管的产量及工艺优化对Co-Mo/Al2O3催化裂解甲烷合成碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNT)工艺参数与产量之间的关系进行了建模与工艺优化研究。利用所建SVR模型对10个测试样本预测的平均绝对百分误差1.85%优于传统多元非线性回归(Multivariate Nonlinear Regression,MNR)模型对应的4.36%;SVR模型预测,当反应温度为759.48℃、甲烷压强为0.7964atm、催化剂Co–Mo/Al2O3量为0.3836g时,CNT产量将达到最大值643.29%,超过MNR模型预测的最大值607.00%;通过格点扫描进行了因素分析,直观地揭示出各反应参数对CNT产量的交互影响规律。研究结果表明:SVR结合PSO寻优能对甲烷催化裂解合成CNT建立稳定可靠的理论模型,可为寻找催化裂解甲烷合成CNT最大产量所需最佳工艺条件提供科学指导。(3)微波等离子增强CVD沉积金刚石薄膜的工艺及其优化金刚石晶向(1 1 1)的拉曼光谱半高宽(FWHM值)越小表明其结晶度越高。在微波增强化学气相沉积法制备金刚石薄膜中,根据相关实验数据集,以金刚石粉末颗粒尺寸、衬底偏压、甲烷浓度、氢气流速、微波功率、仓压、偏压时间,沉积时间为自变量和FWHM值为因变量,进行了建模、模型检检、工艺分析等研究。由所建SVR模型预测出,当工艺参数分别对应为:颗粒尺寸6165.63mesh,衬底偏压18.8991v,甲烷浓度0.468516%,氢气流速241.172sccm,微波功率1045.55w,仓压41.9995Torr,偏压时间20.3574min,沉积时间9.59786h时,所制备的金刚石薄膜的最小FWHM为3.85242cm。另外,通过格点扫描进行了因素分析,直观地揭示出各反应参数对所制备金刚石薄膜结晶度的交互影响规律。(4)等离子增强CVD沉积类金刚石碳膜的微硬度及工艺优化人们通过实验发现,微波增强化学气相沉积法制备类金刚石碳膜的微硬度主要受氩气的百分浓度、气室压强、射频功率、衬底偏压等因素的影响。基于相关实验数据样本,我们以氩气的百分浓度、气室压强、射频功率、衬底偏压为自变量,应用SVR对类金刚石碳膜的微硬度进行了建模研究。对所建模型进行了稳定性和准确性分析,并与多元非线性模型进行了比较,发现所建SVR模型的平均绝对误差0.22nm、均方根误差0.48nm、平均绝对百分误差均优于多元非线性模型(0.49nm,0.59nm,5.83%)。通过叁维图像直观展示了各自变量对因变量的影响规律,且与相关实验报道的结果一致,从另一角度证明模型的准确性。利用所建模型,获得了最佳工艺参数。以上结果表明SVR可准确、有效地应用到碳纳米管管径和产量,类金刚石碳膜/金刚石薄膜硬度的建模研究。所建模型稳健、准确,能定量揭示各实验参数对因变量的影响,对节约时间、减少实验成本和试验次数有着重要的理论指导意义和实际应用价值。
冯页新[4]2013年在《二维碳基材料的催化特性和生长：第一性原理计算研究》文中研究表明氧还原反应(oxygen reduction reaction, ORR)的快慢在许多新技术中(例如燃料电池和锂-空气电池)起着关键作用。为了提高系统的反应速率,人们采用催化剂来催化阴极ORR,其中应用最广、性能最为稳定的是贵金属铂为基础材料的催化剂。但是,地球上金属铂的储量有限,价格昂贵,这就使得大规模使用铂作为催化剂的成本过高,限制了很多新技术的规模化和商业化。寻找能够替代铂的ORR催化剂对这些新技术的推广应用非常重要。近年来,一些二维碳基材料,例如掺氮石墨烯和二维碳-氮化合物(two dimentional carbon nitride),表现出优异的ORR催化性能。但是,相应的催化机理和催化中心的性质还没有被很好地理解。第一性原理计算在研究材料性质,辅助新型功能材料设计方面发挥着越来越重要的作用。本文首先对二维碳基材料的ORR催化性能进行了计算研究。本文通过第一性原理计算的方法研究了：I掺氮石墨烯中氮原子和氮原子团簇的分布情况；II在与其它原子(硼、铁、钴)共掺的情况下,相应的复合原子团簇的形成能；III氧分子在这些吸附中心的吸附情况。研究发现,氮原子,特别是叁或四个氮原子构成的原子团簇,对提高氧分子的吸附能力起着关键作用：而共掺原子,例如硼和过渡金属原子,可以有效地稳定这些原本能量很高的氮原子团簇,同时保持它们良好的催化活性。二维碳-氮化合物对ORR也有很好的催化表现。但是,目前二维碳-氮化合物的原子结构和催化性能之间的关系还不清楚。通过第一性原理计算和全局优化结构预测,我们发现,二维碳-氮化合物的原子结构和C：N比例有很重要的联系：C：N比例越高,越容易形成类石墨烯型的六角格子二维结构,并且材料的总能越低。根据计算,氧分子的吸附能随C：N比例的变化呈现出一个山峰的形状。最大的氧分子吸附能达到了1.66eV,超过铂(111)表面的氧分子吸附能(-1.0eV)。当C：N比例处于2.0-3.0之间时,二维碳-氮化合物不仅有较低的能量,而且有希望表现出很高的催化效率。通过分析发现,六角格子结构的二维碳-氮薄层具有更强的氧分子吸附能力,因此,为了提高催化效率,实验上应该尽量合成类石墨烯结构的二维碳-氮化合物。更有意思的是,材料的催化活性中心并不在氮原子上,而是在氮原子临近的碳原子上。我们可以通过改变C：N比例来调节二维碳-氮化合物的费米能级和费米能级处的电子态密度。这些计算结论可以辅助相应的实验研究。另一方面,制备高质量、大面积石墨烯是开发各种应用的前提和基础。基于第一性原理计算,本文研究了在镍(111)表面化学气相沉积(CVD)石墨烯的生长细节,重点关注了原子台阶边缘所起的作用。计算结果表明,台阶边缘在石墨烯生长过程中是更好的碳原子吸附位置,也是更有利的碳原子析出位置。因此,石墨烯在镍(111)表面的生长是一个不均匀的生长模式,实验上,需要采用高温条件使得石墨烯能够更加均匀地生长。本论文还发现,当金属镍的表面与金原子形成合金时,金原子更容易取代台阶边缘处的镍原子。形成合金后,台阶边缘不再是更有利的碳原子吸附位置,碳原子在该处的析出势垒也大大增加。因此,金原子的引人可以有效地钝化金属镍表面的台阶边缘,使得石墨烯可以更加均匀地成核和生长。进一步的研究揭示了该钝化效应的机制。碳原子和合金金属原子间的作用强弱是由金属原子的d轨道占据程度和d轨道电子态的位置决定的。综上所述,本文通过第一性原理计算的方法,对掺氮石墨烯和二维碳-氮化合物两种二维碳基材料的ORR催化性能进行了研究；通过研究,我们对活性中心的性质有了更准确的认识,并提出了一些实验上提高催化效率的方法。本文还对石墨烯在镍(111)表面的CVD生长细节进行了研究,着重关注了原子台阶边缘对石墨烯生长的影响,以及如何通过表面合金的方法钝化台阶边缘,改善石墨烯的生长；这种表面处理的方法以及通过d轨道占据程度来选择合金元素的方法也可以推广应用于其它材料在过渡金属表面生长的情况。
张璐[5]2010年在《层状双金属氢氧化物催化生长碳基材料及其电化学性能研究》文中进行了进一步梳理碳纳米管及碳纤维作为碳基材料中最重要的组成部分,不仅传承了纳米材料优越的物理化学性能,并且由于自身特殊的石墨层结构产生了许多优异的电子传导、高抗腐蚀性和高稳定性等优势广泛的应用于诸多领域中,例如传感器、半导体、催化剂及其催化剂载体、储氢材料、超级电容器、生物医药等领域。对于发展简单、绿色、高效、可控的制备方法,获得多功能、结构可调,性能可控的此类碳基材料,具有重要的科学价值与实践意义。在众多影响碳基材料生长的各种因素当中,碳基材料所用催化剂的性质、组成及其微观结构最为关键。而这将影响所得碳基材料的形貌、结构等性质,最终决定碳基材料在应用方面的各种性能。因此,人们不断地积极探索多种形貌碳基材料和所用催化剂的简易制备方法和对其结构与组成的影响,从而进行碳基材料的可控制备,以期获得高质量、高性能的碳基材料。水滑石(Layered Double Hydroxide,简写为LDHs)是一类具有特殊层状结构的层状双羟基金属氢氧化物材料。由于LDHs存在着晶格能最低效应及晶格定位效应,使不同种类的金属离子以一定方式均匀分布在层板上。水滑石前驱体在高温焙烧后得到的复合金属氧化物中金属离子保持与前驱体一致的分布。因此,利用LDHs作为前驱体可以制备得到均匀分散的活性金属粒子,高效的生长碳基材料。本论文利用水滑石层板中金属离子在原子级别上高度分散的特点制备了一系列含特定活性组分的LDHs材料,并提出了水滑石焙烧产物LDO为前驱体,通过化学气相沉积法(CCVD)的制备,合成一系列管径均匀的多壁碳纳米管(直壁碳纳米管和螺旋碳纳米管)。通过研究不同温度和不同活性组分对水滑石焙烧产物的影响,进而研究对其碳纳米管形貌和结构的影响。水滑石前驱体法制备碳材料不仅克服了单元活性金属粒子容易在反应过程中烧结,使催化剂失去活性的缺点,还可以通过控制水滑石中不同比例的金属组分来实现对碳纳米管形貌生长的控制。此种制备方法操作简便,可控、环境友好。本论文还提供一种原位制备碳纳米管的方法。此方法利用水滑石直接作为催化剂,乙炔作为还原剂和碳源,一步法生长碳基材料。在反应中以原位生长得到的尖晶石型金属氧化物作为载体支持所还原的金属粒子分散,而金属氧化物也在此过程中被生长的碳纳米管所分散,负载在碳纳米管管壁的表面。原位合成的碳基材料中碳纳米管和金属氧化物之间均匀分散,相互作用力较强,且各组分之间的比例可以通过控制反应条件来得到。此方法操作简便,表面含有大量的缺陷和含氧官能将有利于提高碳纳米管材料的性能。利用水滑石层板组成和结构的可调控性向层板中引入不同的活性组分和助活性组分,一步法生长具有特殊结构的碳纤维。通过对不同反应条件的研究,最优化制备多种形貌碳纤维,包括亚微米级直壁碳纤维(SSCFs)、螺旋碳纤维(扭状螺旋碳纤维CNCs和双螺旋碳纤维CMCs)、花边型碳纤维(LCFs)。最后利用以上合成的多形貌碳基材料作为Pt粒子载体制备复合电催化剂应用于甲醇、乙醇电催化氧化当中,拥有较高的电化学活性和抗中毒性能。这是由于所合成的碳基材料不同的形貌、微观结构以及表面所负载的含氧官能团共同作用而导致的。
郭静[6]2007年在《电化学沉积法制备硼氮化合物》文中研究表明近年来成功地开展液相电化学沉积法制备碳基材料的研究表明电化学沉积碳基材料的可能性,随着研究的逐步深入开展,人们已经从制备碳膜这种最简单的一元碳基材料扩大到了多元碳基材料的制备中,如氮化碳等。鉴于氮化硼与碳基材料结构上的相似性,我们认为如果能将这种新的方法扩大到硼氮化合物的制备研究中,则从方法而言将极大地发展液相电化学沉积这一新的制备技术,从材料角度则为这些材料的合成提供了一条新的途径,因此有着极为重要的理论和实用意义。本文率先开展液相电化学沉积法制备氮化硼的研究。本文首先总结了前人研究电化学沉积法制备碳基材料所取得的实验成果和理论成果,在此基础上对电化学沉积法制备氮化硼的可行性作了理论分析和相关的实验验证,证明了人们在研究电化学沉积法制备碳基材料过程中所总结的现象和规律,在我们现有的实验条件下也是可以有效实现的。从而初步确立了实验方案。通过反复的实验探索合适的硼源、氮源和制备工艺条件,寻找最佳的实验参数。在实验研究中确立了硼酸和氮、氮-二甲基甲酰胺(DMF)为现阶段实验的适合前驱物,以Ti片为基底材料,成功地从硼酸的DMF溶液中制备出了富硼的B_(50)N_2纳米棒,这是采用电化学沉积法合成氮化硼在国际上的首次报道。随后,我们突破传统电化学沉积法的片电极制备,采用辉光放电电解法(点电极法)进行实验探索,成功地将氮化硼中两种原子的比例优化为1:1,多种测试手段表明这是一种以正交相为主相的硼氮化合物。研究了电解质溶液、电压、基底材料、电极间距等实验条件和工艺对电化学沉积法制备氮化硼的影响,探索了这些影响因素与沉积过程、样品的组成和结构的相关性,这对氮化硼制备的进一步研究和工业化设计打下了坚实的基础。另外,我们还对液相电化学沉积法制备氮化硼的反应机理进行了初步探讨。
贺秀杰[7]2014年在《碳基材料的制备与表征及其电子结构的理论研究》文中认为碳元素在地壳中的丰度仅为0.027%,与铁、铝、氧等富有元素比较相差甚远,但放眼地球表面,碳元素却无处不在。它几乎可涵盖地球上所有物质的性质甚至相对立的两种性质,如从最硬到极软、全吸光到全透光、绝缘体到半导体到导体、绝热到良导热等。就某种意义上讲,人类世界就是碳的世界,人类文明史就是人类利用碳的历史。碳基材料在诸多领域都体现着重要的应用价值,比如石墨材料作为中子慢化剂用于核工程,磁性碳基材料用于自旋电子学领域,新型碳同素异形体用作纳米电子器件等。对于作为慢化剂的核石墨,它在传统反应堆型中的应用技术已经比较成熟,然而,其应用于熔盐堆的研究却鲜有报道。作为六种第四代反应堆候选堆型之一的熔盐堆,具有负反应性温度系数高、工作压力低、热力学稳定性高等优点,这些优点均建立在核石墨能适应堆芯中熔盐环境和辐照环境的前提下,石墨是多孔材料,为了避免熔盐浸渗,在石墨表面制备低孔隙率热解碳涂层并研究其辐照响应将变得十分必要。对于碳基材料的磁性,区别于含有d电子和f电子的磁性金属原子,碳原子中仅含有s电子和p电子,所以研究碳基材料自旋极化的机制势在必行。尽管人们已通过掺杂过渡金属制得碳基磁性材料,但磁性的起源及磁化强度的调控问题尚未得到根本解决,这一方面的研究也便成为自旋极化领域实验和理论的研究重点之一。对于新型碳同素异形体,碳原子最外层有四个价电子,除了可以通过sp3杂化轨道形成单键外,还能以sp2及sp杂化轨道形成稳定的双键和叁键,同时也可以和多种原子形成共价键,组成丰富的结构。1985年,日本的稻垣道夫教授出版了《炭的材料工程》一书。在该书中,他强调了纳米结构的重要性,而且开始讨论基于纳米取向排列的碳化和石墨化原理,即拥有不同面取向、轴取向、点取向和无序排列的碳／石墨构成了石墨材料家族。随后,富勒烯和碳纳米管的出现,开启了碳材料研究的新方向。然而,追逐新型碳同素异形体的脚步从未停止过,2010年,石墨炔的成功制备再一次引发了这种由sp2杂化和sp杂化碳原子构成的碳同素异形体的研究热潮。本论文依据以上所涉及到的叁个应用领域,研究的碳基材料包括：多晶热解碳涂层、多晶碳化硅(SiC)涂层、单晶SiC (3dimensional,3D)、单层SiC (2D)和石墨炔(2D&3D)。在材料合成中采用化学气相沉积方法,这是制备热解碳基涂层最有效的方法之一。理论研究则采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法。本论文实验与理论相结合,系统探讨了一系列碳基材料的制备与表征及其电子结构的理论研究。第一章为有关本论文的背景；第二章讲解了本论文所采用的实验手段和理论计算方法；第叁章到第五章,归纳了作者在攻读博士学位期间所做的主要科研工作。本论文的主要科研成果如下：1.在1300℃下,利用化学气相沉积方法在核石墨基体上制备了各向同性热解碳,针对它作为核能领域的涂层材料的应用进行了研究。用129Xe26+离子对涂层进行辐照,利用偏光金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、纳米压痕和X射线光电子能谱等实验手段,表征了各向同性热解碳涂层辐照前后的微结构变化。实验结果显示,Xe离子辐照会导致热解碳中多晶结构的物理结构和化学性质同时发生变化。另外还表征了辐照之后的热解碳样品受500℃和1000℃退火之后的影响。离子辐照对石墨结构的a轴和c轴都有影响,且会在辐照区域产生大量碎屑状的形态。各向同性热解碳中存在一个调节其机械性能的剂量窗口：硬度和杨氏模量随着辐照剂量增加而升高,当晶格结构达到无序化时,剂量继续升高,硬度和杨氏模量反而下降。650℃下,原始核石墨和带有各向同性热解碳涂层覆盖的核石墨样品的FLiNaK盐浸渗实验表明：没有涂层覆盖的核石墨增重明显高于带有涂层覆盖的核石墨。扫描电子显微镜和压汞实验显示,各向同性热解碳涂层的孔径和开孔率很小,因此可以有效阻挡熔盐对核石墨的浸渗。另外,在1150℃下利用化学气相沉积方法在核石墨基体上制备的SiC涂层,也在熔融状态下的FLiNaK盐中做了浸渗实验。浸渗实验表明：5个大气压下,没有涂层保护的样品增重非常明显,而有涂层覆盖的样品增重很小。同步辐射X射线荧光实验显示,连续且密实的SiC涂层在液态盐中对核石墨起到很好的保护作用。2.运用实验和理论相结合的手段探讨了3MeV质子辐照对6H-SiC单晶磁性的影响。研究发现：质子辐照可以在非磁性的6H-SiC中诱发产生居里温度高于300K的稳定铁磁性。样品中存在一可调节磁性大小的剂量窗口,辐照所产生的最大磁矩(0.17emu/g)比之前报道的中子辐照SiC单晶所产生的磁矩(1×10-4emu/g)高叁个数量级。基于密度泛函理论的第一性原理计算显示,铁磁性主要源自于质子辐照所产生的与双空位有关的复合缺陷(VsiVc+nH,n=1-3)。利用14N+离子辐照也可以在6H-SiC单晶中产生磁矩大小可调、室温下稳定存在的铁磁性。理论研究表明,N原子的替代缺陷结合空位缺陷可以增强局域磁矩的铁磁性耦合。理论计算的结果与实验值相一致。此外,针对单层SiC的空位缺陷所引起的电子自旋极化和磁有序的理论研究表明：Si空位可以导致体系自旋极化的产生,而C空位则不会产生自旋极化,Si空位导致的电子自旋极化主要来源于缺陷周围C原子的贡献。由此产生的局域磁矩倾向于亚铁磁序排列。3.运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了由sp和sp2杂化的碳原子构成的石墨炔(graphyne)的电子结构和光学性质,结合紧束缚模型揭示了graphyne中带隙的起源,即：不同杂化形态的C原子的不等价π键导致graphyne具有与石墨烯完全不同的电子结构。层与层之间的相互作用将体graphyne的带隙缩减至0.16eV,与单层graphyne相比,多层graphyne的光学谱峰出现红移。我们还对graphyne纳米带的结构、能量和电子性质进行了理论研究。计算显示,结构形变主要发生在纳米带的边缘,扶手椅形的纳米带在能量上更稳定。所有的graphyne纳米带均呈现半导体特性。由于量子限制效应,纳米带的带隙随纳米带宽度增加而减小。边缘裸露的锯齿形graphyne纳米带具有自旋极化的边缘态。上述理论结果为石墨炔在纳米电子器件中的应用打下了基础。
张欣[8]2010年在《碳基材料表面复合涂层及性能研究》文中提出面向等离子体材料是聚变材料中非常重要的一类材料。近年来,随着受控核聚变技术的发展,钨作为面向等离子体部件重新得到重视。钨非常重且难以加工碳基材料上的钨涂层被世界各国的聚变科学家所广泛采用。本文利用双层辉光等离子渗金属技术,以纯铼板和纯钨板为源极,高纯氩气为工作气体,对碳基材料表面铼涂层及铼钨复合涂层进行了研究。研究发现在石墨和C/C复合材料表面形成了金属改性层,经SEM、EDS、X射线衍射、硬度检测、划痕试验等对涂层的组织、结构、成分、结合力等性能进行了检测和分析,得出如下结论：1.采用深井式结构时,保温罩的尺寸对涂层组分影响很大,确定了采用Φ100mm×45mm的不锈钢管作为保温罩。2.在极间距=15mm,气压=35Pa,工件温度为1200℃,源极电压=900-950V,工件电压=550～600V下,沉积2h的工艺条件下,在石墨基体上制备得到了纯度为98.29wt.%的铼涂层。铼涂层表面平滑,厚度在13μm左右；铼和石墨基体之间出现了扩散,扩散层厚度在1.5μm左右。相同工艺下在C/C复合材料表面制备了20μm厚的铼涂层。3.随着工件温度的升高,涂层晶粒逐渐粗化,尺寸更为均匀,形状更为规则；铼钨扩散层厚度随工件温度非线性增加,而钨层厚度受温度影响不大。极间距和气压对钨层厚度影响很大,对扩散层厚度有一定影响。扩散层和钨层随沉积时间明显增加。极间距d=20mm,气压P=35Pa,工件温度950℃,源极电压Vs=900-950V,工件电压=550-600V下,沉积9h是制备钨涂层较好的工艺参数。4.研究了铼钨互扩散热力学与动力学,采用半无限长模型计算了铼钨互扩散系数,扩散系数与温度之间符合Arrhenius方程,计算出铼钨互扩散的激活能Q=156kJ·mol-1和扩散常数Do=4.26x10-7cm2·s-1。
李江[9]2017年在《超细碳纤维负载过渡金属硫属化合物杂化材料的制备及其电解水催化行为》文中指出新能源的开发应秉持为缓解能源危机和保护环境的信念。得益于氢能清洁和可持续的性质,在新能源发展的核心经济中,它已经被提议作为传统能源的替代者。在众多制备氢能的方法中,电催化裂解水制氢是一种高效的、简便的方法。二维过渡金属硫属化合物由于具有类似石墨烯的片层结构和独特的电子结构,从而在电催化析氢表明了其潜在的可能性。经过理论和实验的相互印证,发现其催化活性位点位于催化剂的边缘结构。但是,其自身的低电导率和较差的稳定性使得它并不能被广泛地投入到实际应用中。鉴于此,本文利用高导电性碳材料作为基底负载过渡金属硫属化合物,通过水热和气相沉积方法制备高催化活性和稳定性的析氢反应催化剂,进而探索产物微观结构和催化性能之间的关系。二硫化钼的活性点位于片层结构的边缘,因此尽可能多的暴露边缘活性点是至关重要的。以超细碳纤维为基底,利用水热的方法,通过控制前驱体的浓度来调控二硫化钼的形貌。实验结果表明,随着前驱体浓度的增加,暴露的边缘活性位点越多,进而提升催化剂的析氢性能(较低的起始过电位和较高的阴极电极密度)。此外,柔性的超细碳纤维基底和二硫化钼良好的结晶性确保了催化剂在酸性溶液中不易被溶解从而具有良好的电化学稳定性。利用Co/N双原子掺杂WS_2纳米片,促使催化剂暴露更多的活性位点从而提升电催化析氢性能。高导电性超细碳纤维基底不仅能够作为催化剂的自支撑材料,同时为电子迁移提供了一个便捷途径。Co掺杂剂的双功能主要体现在:一方面降低了氢的自由吸附能;另一方面形成了无定型的Co-S纳米簇,能够暴露更多的活性位点。导电性的N能够提升催化剂的本征导电性,同时WS_2纳米片为无定型的Co-S纳米簇提供了一个强健的支架,避免催化剂在酸性溶液中被溶解,确保了催化剂的稳定性。因此,采用一体化的策略制备了同时具有高催化活性和稳定性的的析氢催化剂是很有价值和必要的。为了进一步有效保护催化剂不被电解液腐蚀或者氧化,我们设计了以氮掺杂碳层为壳层保护内部NiCoSe_(2-x)的一维纳米棒。得益于不饱和的Se原子,在催化剂边缘暴露了大量的催化活性位点,使得NiCoSe_(2-x)电极在析氢和析氧方面同时具有良好的催化性能。同时碳层不仅能够作为保护层,而且也能加快电子在电化学反应中的传输速率,从而提升了催化性能。更重要的是,NiCoSe_(2-x)电极甚至能够同时作为全解水的双催化剂。
沈小松, 王松, 李伟, 蒋进明[10]2017年在《碳基材料表面TaC涂层的研究进展》文中提出碳材料在高温有氧环境中的易氧化性极大地制约了其在航天航空领域中的应用,而TaC涂层能够有效改善碳材料的烧蚀氧化性能。本文综述了TaC陶瓷涂层改性抗烧蚀氧化C/C复合材料的研究进展,包括单相TaC涂层、复合涂层体系、梯度涂层体系、固溶强化涂层体系和微纳结构增韧涂层体系以及TaC涂层的高温(>2000℃)氧化机理。并就目前碳基材料表面TaC涂层研究存在的问题,提出了今后研究的方向。
参考文献：
[1]. CVD制备碳基材料及其特性研究[D]. 王国菊. 北京工业大学. 2004
[2]. 碳基材料与太赫兹波的相互作用[D]. 叶通. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所). 2017
[3]. 基于支持向量回归的碳基材料物性及其制备工艺优化研究[D]. 罗溢. 重庆大学. 2015
[4]. 二维碳基材料的催化特性和生长：第一性原理计算研究[D]. 冯页新. 南开大学. 2013
[5]. 层状双金属氢氧化物催化生长碳基材料及其电化学性能研究[D]. 张璐. 北京化工大学. 2010
[6]. 电化学沉积法制备硼氮化合物[D]. 郭静. 北京工业大学. 2007
[7]. 碳基材料的制备与表征及其电子结构的理论研究[D]. 贺秀杰. 山东大学. 2014
[8]. 碳基材料表面复合涂层及性能研究[D]. 张欣. 东北大学. 2010
[9]. 超细碳纤维负载过渡金属硫属化合物杂化材料的制备及其电解水催化行为[D]. 李江. 浙江理工大学. 2017
[10]. 碳基材料表面TaC涂层的研究进展[J]. 沈小松, 王松, 李伟, 蒋进明. 人工晶体学报. 2017
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