碳同素異構(gòu)體微觀結(jié)構(gòu)的正電子研究.pdf

1、本文采用正電子湮沒(méi)技術(shù)研究了石墨、納米碳、金剛石薄膜、C<,60>薄膜四種碳材料的微觀結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果如下： 1.石墨和納米碳的電子動(dòng)量分布和微觀缺陷:(1)石墨晶體中的自由電子動(dòng)量分布表現(xiàn)出顯著的各向異性，偏離[0001]方向越大，自由電子的動(dòng)量越?。磺褼oppler展寬譜S參數(shù)與cos<'2>θ呈線性關(guān)系；而納米碳中自由電子動(dòng)量的分布不存在明顯的規(guī)律性。(2)當(dāng)溫度從25K升至295K時(shí)，石墨和納米碳中缺陷開(kāi)空間增大，平均自由

2、電子密度降低；納米碳中自由電子密度與溫度變化成線性關(guān)系。(3)納米碳表面層具有活性，可吸附微小雜質(zhì)氫，導(dǎo)致S參數(shù)下降；納米碳基體內(nèi)部離表面越遠(yuǎn)處，吸附雜質(zhì)氫的量越少。 2.未摻雜、摻硼及摻硫金剛石薄膜退火前后的缺陷變化:(1)未摻雜金剛石薄膜在600℃以下退火，空位回復(fù)；而900℃以上退火會(huì)使空位發(fā)生移動(dòng)合并成大的缺陷，導(dǎo)致缺陷開(kāi)空間增大。(2)在4000C以下退火可減小低摻硼金剛石膜中的缺陷濃度；在600℃以上退火會(huì)增加低摻硼

3、金剛石膜的缺陷濃度。(3)高摻硼金剛石膜表面缺陷較容易回復(fù)，經(jīng)不同溫度退火后，其S參數(shù)降低。(4)摻硫金剛石膜經(jīng)200至1000℃退火后，樣品的S參數(shù)保持不變，表明摻硫金剛石膜結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性高。(5)摻硫金剛石膜中缺陷濃度大于未摻雜金剛石膜，而摻硼金剛石膜中的缺陷濃度小于未摻雜金剛石膜，摻少量的硼可使金剛石薄膜中空位濃度減少。 3.不同離子能量沉積的C60薄膜退火前后樣品的缺陷:(1)當(dāng)沉積離子能量低于200ev時(shí)，沉積膜中C<

4、,60>分子有序排列、仍保持完整的籠狀結(jié)構(gòu)。(2)當(dāng)沉積離子能量為250ev時(shí)，薄膜中C<,60>分子間的結(jié)合力增強(qiáng)，形成了C<,60>分子聚合物。(3)薄膜的結(jié)構(gòu)取決于沉積離子能量。當(dāng)沉積離子能量大于300ev時(shí)，一方面，發(fā)生C<,60>分子聚合；另一方面，部分C<,60>分子的籠狀結(jié)構(gòu)被破壞，形成了無(wú)定形碳碎片；而且，高能離子對(duì)薄膜的轟擊作用加強(qiáng)，致密度加大。薄膜中缺陷開(kāi)空間大小是這兩種因素競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。(4)不同離子能量沉積膜經(jīng)60