Синтез кристаллического нитрида углерода в условиях лазерного и термобарического воздействия

• Автор: Ким Чжон Ил
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Глава 1. Теоретические расчеты стабильности и свойств

кристаллического нитрида углерода

Глава 2. Методы получения кристаллического нитрида углерода

2.1 Методы, использующие реакции азота с продуктами испарение

графита

2.1.1 Лазерное испарение графита

2.1.2. Испарение графита потоками высокоэнсргетичсских частиц

2.2. Методы, основанные на имплантации азота в графит

Глава 3. Характеристики синтезированных пленок
3.1. Определение элементного состава
3.2. Рентгеновские и электронографические исследования
3.3. Колебательная спектроскопия.
3.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
3.5. Массспектрометрические исследования
Глава 4. Обсуждение результатов, полученных в литературе задачи
исследования
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
Глава 1. Методы исследования и аппаратура
Глава 2. Лазерноэлектроразрядный синтез пленок нитрида
углерода
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Изучение условий синтеза азотуглеродных пленок, содержащих кристаллический нитрид углерода
2.2.1. Влияние лазерного излучения
2.2.2. Влияние кристаллографической структуры подложки.
2.2.3. Влияние очистки поверхности подложки
2.2.4. Влияние характеристик электрического разряда и положения подложки относительно мишени
2.2.5. Влияние магнитного поля
Глава 3. Характеристики синтезированных пленок
3.1 Изучение структуры синтезированных пленок.
3.1.1. ИК спектроскопия
3.1.2. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
3.1.3. Рентгеноструктурный анализ определение фазового состава материала
3.2. Изучение состава синтезированных пленок
3.2.1. Химический метод
3.2.2. Физический метод
Глава 4. Получение и характеризация объемных образцов кристаллического нитрида углерода при высоких давлениях и температурах
4.1. Исходные вещества
4.2. Аппаратура и методика проведения экспериментов при высоком давлении.
4.3. Характеристики полученных объемных образцов кристаллического нитрида углерода
4.3.1. Изучение методом РФС.
4.3.2. Исследование поверхности объемных образцов методом сканирующей электронной микроскопии
4.3.3. Рентгеновские и злектронорафические измерения объемных образцов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Научная новизна Разработан новый метод получения пленок кристаллического нитрида углерода, основанный на взаимодействии компонент азотной плазмы с продуктами испарения графита при одновременном воздействии . Предложено использовать полученные пленки в качестве затравок для кристаллизации аморфного нитрида углерода при высоких давлениях и температуре. Найдены условия превращения аморфного нитрида углерода в кристаллический. На защиту выносится 1 новый лазерноэлектроразрядный метод синтеза кристаллического нитрида углерода 2 создание установки для его получения 3 применение пленок, содержащих кристаллический 34i в качестве затравок для кристаллизации аморфного нитрида углерода в термобарических условиях 4 результаты исследований характеристик пленок и объемных образцов кристаллического нитрида углерода методами рентгеновской дифракции, масс спектроскопии вторичных ионов МСВИ, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии РФС, сканирующей электронной микроскопии, Оже электронной спектроскопии, инфракрасной ИК спектроскопии, электронной дифракции. Апробация работы Основные результаты работы докладывались на 4ой Международной конференции II, Япония, XII Международной конференции по технологии имплантации ионов, Япония, Международной конференции , Франция, , Международной конференции , Англия, Международной конференции по нанотехнологии углерода и родственных материалов, Англия, Международном симпозиуме по исследованиям и технологии углеродных материалов, Япония, Ежегодном семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Москва, 6ой Международной конференции II, Китай, Международной конференции ii i , Южная Корея, . Начиная с момента предсказания г. СзИ4, число публикаций, посвященных исследованиям в области синтеза и характеристик кристаллических азотуглеродных соединений непрерывно увеличивается. За период с г. В данной главе приведен обзор результатов работ по синтезу и исследованию кристаллического С3Ы4, опубликованных в литературе до начата нашей работы, т. Результаты исследований, опубликованные в литературе в последующие годы, рассматриваются при обсуждении полученных результатов настоящей работы. Следует отметить, что в литературе до настоящему времени отсутствуют сведения о синтезе объемных образцов кристаллического нитрида углерода С3К4. Глава 1. Теоретические расчеты стабильности и свойств кристаллического нитрида углерода. На основе неэмпирических квантовомеханических расчетов развиты методы предсказания как возможности существования твердых тел с определенной структурой, так и методы расчета их свойств. В г. РС3Ы4 со структурой, в качестве прототипа которой была принята гексагональная структура рмодификации нитрида кремния. Путем замены атомов кремния на атомы углерода авторы получили гексагональную решетку, состоящую из тетраэдрически ер3 координированных атомов углерода, расположенных в центрах слабо искаженных тетраэдров, и эр координированных атомов азота, имеющих конфигурацию, близкую к плоскотригональной. Структура предсказанного гипотетического углеродазотного соединения РС3М4 показана на рис. Элементарная ячейка состоит из атомов т. С3И4 и имеет стехиометрическую формулу С6М8. Расчеты показали, что длина связи СЫ равна 1, А. Это значение хорошо согласуется с суммой ковалентных радиусов углерода и азота. Полярность связи СЫ является промежуточной между полярностью чисто ковалентной связи СС в алмазе и частично ионной в нитриде бора. Локальный максимум электронной плотности расположен вблизи атома углерода, почти также как и в алмазе. Малое значение длины связи и неполярный характер связи СМ являются причиной исключительно большой величины объемного модуля упругости ДЛЯ РС3Ы4, рассчитанное значение которого оказалось равным 7 ГПа 1. Это значение вполне сопоставимо с таковым для алмаза 3 ГПа отметим, что объемный модуль упругости такого сверхтвердого материала как нитрид бора равен 9 ГПа. Таким образом, кристаллический РС3Ы4 должен быть материалом, твердость которого уступает только твердости алмаза.