氮化碳的制備研究.pdf

1、本文概述了近二十年來碳氮化合物在理論和實驗研究方面的進展，總結了碳氮化合物的性能及常用的表征手段。分析表明尋找有利于sp<'3>C-N 單鍵形成的方法和條件是合成氮化碳晶體材料的關鍵。采用在氮氣下脈沖電弧放電電離甲醇和甲醇/氨水溶液、脈沖電弧放電聯(lián)合微波氮等離子體處理二氰二胺有機晶體以及濺射輔助微波等離子體化學氣相沉積等三種方法探索了氮化碳晶體的合成途徑。采用紅外光譜、X 射線能譜、X 射線衍射、X 射線光電子能譜、顯微激光 Raman

2、 光譜、掃描電鏡和高分辨透射電鏡等手段對所制備的碳氮薄膜和碳氮粉末進行了成分、晶體結構、化學鍵結構等方面的分析。 研究結果表明：在氮氣環(huán)境下采用脈沖電弧放電電離甲醇溶液，可在較低的基片溫度下 (220℃) 合成氮化碳多晶薄膜?；瑴囟葘Ρ∧ぶ械暮亢捅∧さ慕Y構有很大的影響，基片溫度提高后 (300℃) 薄膜中氮的含量降低，薄膜結構由氮化碳多晶薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)槭珵橹鞯奶寄?。而征甲醇溶液中加入氨水后發(fā)現(xiàn)在 450℃基片溫度下仍能合成氮

3、化碳多晶薄膜，而當基片溫度進一步提高到 550℃時，Raman 分析表明樣品轉(zhuǎn)變?yōu)樘寄ぁ?利用常壓脈沖電弧等離子體在氮氣氛下裂解二氰二胺有機晶體制備含 sp<'3>C-N 鍵的氮化碳前驅(qū)物，然后利用微波氮等離子體作用于氮化碳前驅(qū)物，研究了形成合成氮化碳晶體所必須的豐富的原子態(tài)或離子態(tài)的氮、碳和大量的 C-N 鍵的形成條件。研究結果表明：經(jīng)電弧氮等離子體處理后生成的表面被充分氮化的二氰二胺微晶在微波氮等離子體作用時，微晶體表面的碳

4、氮單鍵抑制了有機晶體的碳化，微晶體界面的碳氮鍵在氮等離子體的作用下結構發(fā)生重組，同時電弧氮等離子體處理后生成的大量的非晶氮化碳微粉在微波氮等離子體的作用下向結晶態(tài)轉(zhuǎn)變。 在微波氮等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)中，利用濺射二氰二氨靶產(chǎn)生的碳氮粒子作為合成前驅(qū)物，在石英玻璃基片上研究了基片溫度對制備的薄膜的形貌、成分和結構的影響。研究結果表明：隨著基片溫度的降低，沉積物由截面為六方形的結晶良好的 SiCN 晶體 (800℃) 轉(zhuǎn)變成發(fā)育不

5、完全的聚片狀晶體 (700℃)，直到變成顆粒細小的無定形薄膜(550℃)。XRD 分析表明，衍射峰的強度以及晶胞參數(shù) a 和 c 的值隨溫度的降低而減小；XPS 分析表明薄膜為碳原子部分取代氮化硅晶體結構中的硅原子位置而形成的 SiCN 晶體，其中 N 原子主要與 Si 原子結合，C 原子以 sp<'3>C-N、sp<'2>C=N 和 sp<'2>C=C 鍵的形式存在。降低基片溫度有利于提高薄膜中的碳含量以及 sp<'3>C-N 鍵的含