氮?dú)夥烹娫诘獡诫s及氮化物合成中的應(yīng)用.pdf

1、氮化物由于其在各個(gè)領(lǐng)域(如半導(dǎo)體，環(huán)境，能源等方面)都展現(xiàn)出其優(yōu)良的特性和廣闊的應(yīng)用前景，一直以來(lái)都是重要的研究對(duì)象。本文研制了高解離度的空心陰極放電氮離子束源并應(yīng)用于二氧化鈦光催化材料的氮摻雜，得到了在可見(jiàn)光下具有催化性能的摻氮二氧化鈦薄膜：同時(shí)，對(duì)氮?dú)夥障碌目烀}沖放電進(jìn)行了研究并應(yīng)用于碳氮薄膜的合成。得到的無(wú)定型碳氮納米顆粒膜具有很好的場(chǎng)發(fā)射特性。本論文在氮?dú)夥烹娂捌鋺?yīng)用方面作了有益的探索，取得了有意義的和有創(chuàng)新性的結(jié)果。

2、一、基于空心陰極放電的氮原子離子束源的研制與參數(shù)分析設(shè)計(jì)和研制了基于空心陰極放電的氮原子離子束源。束源的工作穩(wěn)定。本文對(duì)于該離子束源在各種放電條件下的工作參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致的分析，通過(guò)飛行時(shí)間質(zhì)譜的測(cè)量來(lái)研究離子束在各種放電參數(shù)下的性能，包括放電電流，管內(nèi)氣壓，氣體流量，反應(yīng)氣體組成等對(duì)產(chǎn)生的離子束組分的影響。在優(yōu)化的放電條件下，使用純氮?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w，得到了原子離子比例達(dá)95％以上的氮離子束輸出。在很大的放電電流范圍內(nèi)都可以得到大于90％

3、的原子離子比例。因此可以認(rèn)為是一個(gè)純氮原子離子束源。由于氮原子離子所具有的高化學(xué)活性，以及對(duì)于材料表面的低濺射速率，該氮原子離子束源在應(yīng)用于材料氮化改性的實(shí)驗(yàn)室研究方面將具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，本文利用這一束源開(kāi)展了二氧化鈦摻氮的研究。 二、用離子注入方法研究二氧化鈦的摻氮及其可見(jiàn)光催化特性使用PLD方法以及磁控濺射方法制備了兩種二氧化鈦薄膜材料，并使用氮離子注入方法進(jìn)行了氮摻雜。通過(guò)RAMAN光譜，光電子能譜，x光衍射譜，UV

4、-VIS吸收譜等多種測(cè)試手段對(duì)于所得到的摻氮二氧化鈦膜進(jìn)行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)離子注入方法可以有效地對(duì)于兩種二氧化鈦膜進(jìn)行摻雜，XPS測(cè)試表明，兩種薄膜材料在進(jìn)行了離子注入后，表面氮含量均高于10％。同時(shí)，在UV-VIS吸收譜上，均有可見(jiàn)光吸收的增強(qiáng)。在405nm激光照射下，摻氮樣品對(duì)于亞甲基藍(lán)溶液具有光催化分解作用。可見(jiàn)光催化效果和吸收譜的結(jié)果是吻合的。對(duì)可見(jiàn)光催化的差異進(jìn)行了一些初步的討論。 三、利用氮?dú)饷}沖放電方法合成碳

5、氮納米顆粒膜我們使用高純石墨棒作為電極，通過(guò)氮?dú)庵械目烀}沖高壓放電，在氮化的金剛石薄膜表面生長(zhǎng)了無(wú)定形碳氮薄膜。利用放電等離子體的發(fā)射光譜診斷優(yōu)化了合成條件。結(jié)構(gòu)分析表明沉積的碳氮薄膜主要是由納米尺度的碳顆粒、納米金剛石顆粒和spz、sp3鍵合的氮化碳顆粒等組成。經(jīng)氫氟酸后處理的碳氮薄膜移去了大部分較弱鍵合的大顆粒而由更為緊密的微小顆粒組成。經(jīng)氫氟酸處理前后的碳氮薄膜中的微晶石墨的大小，經(jīng)過(guò)估算分別為1.5 nm和1.2 nm，對(duì)應(yīng)的光

6、學(xué)帶隙為1.02 eV和1.05 eV。 四、碳氮納米顆粒膜的場(chǎng)發(fā)射特性研究對(duì)于氮?dú)饪烀}沖放電方法沉積的碳氮薄膜研究的初步結(jié)果表明該材料具有半導(dǎo)體的特性，并具有優(yōu)良的冷陰極發(fā)射性能，即較低的開(kāi)啟電場(chǎng)和較高的場(chǎng)發(fā)射電流密度。這使得該碳氮薄膜有希望成為優(yōu)良的電子材料。而在對(duì)薄膜用氫氟酸進(jìn)行了處理后，其導(dǎo)電性和場(chǎng)發(fā)射性能都有了增強(qiáng)。薄膜的活化能從3.42 eV降至1.19 eV。開(kāi)啟電場(chǎng)分別為4 V,μm<'-1>和3.5V,μm<'