本文主要研究内容
作者吕美哲（2019）在《立方氮化硼单晶/触媒层界面物相的高温高压相变机理》一文中研究指出：在工业上合成立方氮化硼(c-BN)单晶,最常用的合成方法是高温高压触媒法。明确c-BN单晶/触媒层界面物相的高温高压相变机理对合成大颗粒优质的磨料级c-BN单晶有重要指导意义。本文通过“淬火”,最大程度地保留c-BN单晶在高温高压下的形核和生长信息。将合成块进行破碎后发现,c-BN单晶被一层白色粉末状物质包裹。本文将距离c-BN单晶表面30～0 μm范围内的包裹物定义为触媒层。将距离c-BN单晶表面30～20 μm、20～10μm和10～0μm范围内的包裹物分别定义为触媒层外层、中间层和内层。本文使用的c-BN样品均是采用以h-BN作为初始原料,以Li3N作为触媒,在高温高压条件(1700 K,5.0 GPa)下合成的,所有理论计算体系也是基于Li3N-BN体系。本文利用X射线衍射和高分辨透射电子显微镜表征c-BN单晶/触媒层界面的物相结构。利用俄歇电子能谱和电子能量损失谱定性和定量分析B、N电子结构在c-BN单晶/触媒层界面的变化规律。利用固体与分子经验电子理论(EET理论)计算c-BN单晶/触媒层界面存在的主要物相h-BN、c-BN和Li3BN2的价电子结构,揭示h-BN/c-BN和Li3BN2/c-BN在高温高压下发生相变的可能性。利用第一性原理热力学计算h-BN/c-BN的相变共存点和Li3BN2的相变点。综合实验表征和理论计算结果,分析c-BN单晶在高温高压下的相变机理。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜分析c-BN单晶表面形貌和缺陷特点,结合第一性原理表面能计算分析c-BN单晶的生长过程。综合表征实验和理论计算结果,分析Li3BN2在高温高压下的催化方式。对c-BN单晶/触媒层界面的物相结构表征结果表明:触媒层样品中存在的主要物相结构为h-BN、c-BN、Li3BN2和少量杂质。另外,在触媒层中未发现Li3N的存在。在不同的触媒层微区发现不同的BN结构形态,存在有序度较高的h-BN结构、多种不同缺陷程度的h-BN结构、无序态的BN结构、以及在无序态BN结构中观察到的立方相结构。对c-BN单晶/触媒层界面的电子结构进行表征,发现触媒层中B、N原子的sp2杂化态的俄歇峰强度从触媒层外层到内层逐渐减弱,而sp3杂化态的俄歇峰强度从外层到内层逐渐增强。触媒层外层中,B-π*特征损失峰具有较高的强度,在触媒层内层中,B-π*特征损失峰强度锐减。触媒层中B-sp3的含量从外到内层的比例分别为10.11%、14.67%和22.85%。这说明在触媒层中BN结构由sp2π六方逐渐向sp3σ立方结构转变。利用EET理论对c-BN单晶/触媒层界面物相的计算结果表明:在c-BN单晶合成温度和压强下,h-BN、c-BN和Li3BN2结构均可存在。Li3BN2结构的最强键的共价电子密度和键能均大于h-BN,说明在高温高压条件下Li3BN2比h-BN更稳定,向c-BN晶体转变的可能性更低。h-BN/c-BN之间存在电子密度连续的晶面,而Li3BN2/c-BN之间不存在符合电子密度连续的晶面。这表明c-BN单晶是由h-BN直接转变而来,而不是由Li3BN2分解而来的。利用第一性原理对c-BN单晶/触媒层界面物相的计算结果表明:从热力学的角度分析,h-BN转变为c-BN的相变共存点处的温度和压强低于Li3BN2发生相变的温度和压强。表明h-BN向c-BN转变时,Li3BN2能够稳定存在,这与EET理论价电子结构的计算结果一致。对c-BN单晶生长过程的研究结果表明:c-BN单晶的裸露面为(111)晶面,单晶表面存在杂质颗粒、三角孔洞、片层结构和大台阶结构等多种缺陷。这表明c-BN单晶生长过程中存在二维形核生长、位错生长等多种方式。计算h-BN、c-BN和Li3BN2在高温高压下的主要低指数晶面的表面能,c-BN的(110)晶面具有最低的表面能。表面能越低,晶面电子密度越高,晶面越稳定,表面能的计算结果与价电子结构的计算结果一致。Li3BN2的(100)品面具有最高的表面能,能够成为c-BN形核和生长的基底。结合实验表征和理论计算结果分析,提出了 Li3BN2在高温高压下催化h-BN向c-BN相变的理论模型。Li3BN2的(BN2)3-侵入六方相使h-BN降为低聚合度的BN团簇。Li+能够吸引N原子的一个外层电子,将其转移到B原子的空轨道上,从而完成B、N原子间电子的转移,形成sp3态的c-BN生长基元。与Li3BN2接触的h-BN不断转变成c-BN生长基元。c-BN生长基元通过不断聚集、碰撞形成c-BN晶核。Li3BN2的(100)晶面具有比其它品面更高的表面能,在c-BN形核后,作为c-BN单晶的生长基底促进单晶的继续生长。
Abstract
zai gong ye shang ge cheng li fang dan hua peng (c-BN)chan jing ,zui chang yong de ge cheng fang fa shi gao wen gao ya chu mei fa 。ming que c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian wu xiang de gao wen gao ya xiang bian ji li dui ge cheng da ke li you zhi de mo liao ji c-BNchan jing you chong yao zhi dao yi yi 。ben wen tong guo “cui huo ”,zui da cheng du de bao liu c-BNchan jing zai gao wen gao ya xia de xing he he sheng chang xin xi 。jiang ge cheng kuai jin hang po sui hou fa xian ,c-BNchan jing bei yi ceng bai se fen mo zhuang wu zhi bao guo 。ben wen jiang ju li c-BNchan jing biao mian 30～0 μmfan wei nei de bao guo wu ding yi wei chu mei ceng 。jiang ju li c-BNchan jing biao mian 30～20 μm、20～10μmhe 10～0μmfan wei nei de bao guo wu fen bie ding yi wei chu mei ceng wai ceng 、zhong jian ceng he nei ceng 。ben wen shi yong de c-BNyang pin jun shi cai yong yi h-BNzuo wei chu shi yuan liao ,yi Li3Nzuo wei chu mei ,zai gao wen gao ya tiao jian (1700 K,5.0 GPa)xia ge cheng de ,suo you li lun ji suan ti ji ye shi ji yu Li3N-BNti ji 。ben wen li yong Xshe xian yan she he gao fen bian tou she dian zi xian wei jing biao zheng c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian de wu xiang jie gou 。li yong e xie dian zi neng pu he dian zi neng liang sun shi pu ding xing he ding liang fen xi B、Ndian zi jie gou zai c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian de bian hua gui lv 。li yong gu ti yu fen zi jing yan dian zi li lun (EETli lun )ji suan c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian cun zai de zhu yao wu xiang h-BN、c-BNhe Li3BN2de jia dian zi jie gou ,jie shi h-BN/c-BNhe Li3BN2/c-BNzai gao wen gao ya xia fa sheng xiang bian de ke neng xing 。li yong di yi xing yuan li re li xue ji suan h-BN/c-BNde xiang bian gong cun dian he Li3BN2de xiang bian dian 。zeng ge shi yan biao zheng he li lun ji suan jie guo ,fen xi c-BNchan jing zai gao wen gao ya xia de xiang bian ji li 。li yong sao miao dian zi xian wei jing he yuan zi li xian wei jing fen xi c-BNchan jing biao mian xing mao he que xian te dian ,jie ge di yi xing yuan li biao mian neng ji suan fen xi c-BNchan jing de sheng chang guo cheng 。zeng ge biao zheng shi yan he li lun ji suan jie guo ,fen xi Li3BN2zai gao wen gao ya xia de cui hua fang shi 。dui c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian de wu xiang jie gou biao zheng jie guo biao ming :chu mei ceng yang pin zhong cun zai de zhu yao wu xiang jie gou wei h-BN、c-BN、Li3BN2he shao liang za zhi 。ling wai ,zai chu mei ceng zhong wei fa xian Li3Nde cun zai 。zai bu tong de chu mei ceng wei ou fa xian bu tong de BNjie gou xing tai ,cun zai you xu du jiao gao de h-BNjie gou 、duo chong bu tong que xian cheng du de h-BNjie gou 、mo xu tai de BNjie gou 、yi ji zai mo xu tai BNjie gou zhong guan cha dao de li fang xiang jie gou 。dui c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian de dian zi jie gou jin hang biao zheng ,fa xian chu mei ceng zhong B、Nyuan zi de sp2za hua tai de e xie feng jiang du cong chu mei ceng wai ceng dao nei ceng zhu jian jian ruo ,er sp3za hua tai de e xie feng jiang du cong wai ceng dao nei ceng zhu jian zeng jiang 。chu mei ceng wai ceng zhong ,B-π*te zheng sun shi feng ju you jiao gao de jiang du ,zai chu mei ceng nei ceng zhong ,B-π*te zheng sun shi feng jiang du rui jian 。chu mei ceng zhong B-sp3de han liang cong wai dao nei ceng de bi li fen bie wei 10.11%、14.67%he 22.85%。zhe shui ming zai chu mei ceng zhong BNjie gou you sp2πliu fang zhu jian xiang sp3σli fang jie gou zhuai bian 。li yong EETli lun dui c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian wu xiang de ji suan jie guo biao ming :zai c-BNchan jing ge cheng wen du he ya jiang xia ,h-BN、c-BNhe Li3BN2jie gou jun ke cun zai 。Li3BN2jie gou de zui jiang jian de gong jia dian zi mi du he jian neng jun da yu h-BN,shui ming zai gao wen gao ya tiao jian xia Li3BN2bi h-BNgeng wen ding ,xiang c-BNjing ti zhuai bian de ke neng xing geng di 。h-BN/c-BNzhi jian cun zai dian zi mi du lian xu de jing mian ,er Li3BN2/c-BNzhi jian bu cun zai fu ge dian zi mi du lian xu de jing mian 。zhe biao ming c-BNchan jing shi you h-BNzhi jie zhuai bian er lai ,er bu shi you Li3BN2fen jie er lai de 。li yong di yi xing yuan li dui c-BNchan jing /chu mei ceng jie mian wu xiang de ji suan jie guo biao ming :cong re li xue de jiao du fen xi ,h-BNzhuai bian wei c-BNde xiang bian gong cun dian chu de wen du he ya jiang di yu Li3BN2fa sheng xiang bian de wen du he ya jiang 。biao ming h-BNxiang c-BNzhuai bian shi ,Li3BN2neng gou wen ding cun zai ,zhe yu EETli lun jia dian zi jie gou de ji suan jie guo yi zhi 。dui c-BNchan jing sheng chang guo cheng de yan jiu jie guo biao ming :c-BNchan jing de luo lou mian wei (111)jing mian ,chan jing biao mian cun zai za zhi ke li 、san jiao kong dong 、pian ceng jie gou he da tai jie jie gou deng duo chong que xian 。zhe biao ming c-BNchan jing sheng chang guo cheng zhong cun zai er wei xing he sheng chang 、wei cuo sheng chang deng duo chong fang shi 。ji suan h-BN、c-BNhe Li3BN2zai gao wen gao ya xia de zhu yao di zhi shu jing mian de biao mian neng ,c-BNde (110)jing mian ju you zui di de biao mian neng 。biao mian neng yue di ,jing mian dian zi mi du yue gao ,jing mian yue wen ding ,biao mian neng de ji suan jie guo yu jia dian zi jie gou de ji suan jie guo yi zhi 。Li3BN2de (100)pin mian ju you zui gao de biao mian neng ,neng gou cheng wei c-BNxing he he sheng chang de ji de 。jie ge shi yan biao zheng he li lun ji suan jie guo fen xi ,di chu le Li3BN2zai gao wen gao ya xia cui hua h-BNxiang c-BNxiang bian de li lun mo xing 。Li3BN2de (BN2)3-qin ru liu fang xiang shi h-BNjiang wei di ju ge du de BNtuan cu 。Li+neng gou xi yin Nyuan zi de yi ge wai ceng dian zi ,jiang ji zhuai yi dao Byuan zi de kong gui dao shang ,cong er wan cheng B、Nyuan zi jian dian zi de zhuai yi ,xing cheng sp3tai de c-BNsheng chang ji yuan 。yu Li3BN2jie chu de h-BNbu duan zhuai bian cheng c-BNsheng chang ji yuan 。c-BNsheng chang ji yuan tong guo bu duan ju ji 、peng zhuang xing cheng c-BNjing he 。Li3BN2de (100)jing mian ju you bi ji ta pin mian geng gao de biao mian neng ,zai c-BNxing he hou ,zuo wei c-BNchan jing de sheng chang ji de cu jin chan jing de ji xu sheng chang 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自山东大学的吕美哲，发表于刊物山东大学2019-07-16论文，是一篇关于单晶论文,高温高压论文,触媒层论文,电子结构论文,理论论文,山东大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自山东大学2019-07-16论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。