PDF《等离子体诱导碳纳米管到纳米金刚石的相变 ！》

等离子体诱导碳纳米管到纳米金刚石的相变! 孙立涛 巩金龙! 朱志远 朱德彰 何绥霞 王震遐 (中国科学院上海应用物理研究所, 上海 "#$%##) ("##& 年&月'日收到;

"##& 年'月(日收到修改稿) 采用氢等离子体, 实现了碳纳米管向金刚石的结构相变, 并实现了金刚石的高密度成核, 有效成核密度可达 $#$$ ) *+" 以上, 处于目前金刚石成核密度的最高行列, 为制备优质的金刚石薄膜提供了保证, 高分辨透射电镜、 - 射 线衍射和拉曼光谱都证实了金刚石的形成,同时, 对纳米金刚石晶粒的生成机理进行了初步探讨, 关键词:等离子体,碳纳米管,纳米金刚石,结构相变

0 ! 中国科学院知识创新工程重要方向项目 (批准号: .

123"45647#") 、 国家自然科学基金 (批准号: $#8'/#%/) 及上海市纳米专项 (批准号: #8/"9+#/#) 资助的课题 , ! :4+;

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9B, ] 和多层空 心结构或碳洋葱结构的纳米颗粒的形成 [!., !(] / 我们 能够获得纳米金刚石颗粒的重要原因可能是因为采 用了高的样品温度, 这说明在目前的氢等离子体处 理条件下, 78' 键合的相为稳定相, 而78! 键合的相 ( = , ' 9) 期 孙立涛等: 等离子体诱导碳纳米管到纳米金刚石的相变 为亚稳相!我们对碳纳米管也进行了氢气氛中的热 处理和真空热处理, 处理后的碳纳米管上没有观察 到任何结构变化, 这表明, 氢等离子体在碳纳米管向 金刚石转变过程中起着重要的作用! 最后一步是金 刚石的生长过程! 一旦在 "#$ 键合的环境中形成金 刚石晶核, 金刚石将通过热激活的过程在界面处开 始生长!这一过程中, 氢等离子体的刻蚀将防止热激 活过程中石墨的形成 [%&] , 并在原子从非晶相向金刚 石相位移过程中起中介作用, 这一作用机理在氢诱 导的氢化非晶硅中的晶化过程中已被进行了详细描 述[$'―$%] !与电子束作用下的金刚石形成机理进行比 较[$$] , 我们看到, 最明显的区别是在我们氢化处理 过程中形成了 "#$ 键合的网络! 然而, 这一不同却导 致两种完全不同的金刚石生长方式, 在电子束辐照 下主要采取相稳定性反转后原子在相界面处的弹道 交换方式进行生长, 而在氢等离子体作用下, 则主要 以氢键合辅助的热激活过程进行生长! (!结论我们对氢等离子体作用下多壁碳纳米管向金刚 石的结构相变进行了研究, 利用该方法, 可以很容易 获得高于 )')) * +,% 的金刚石等效成核密度! 金刚石 的形成和生长机理与形成 "#$ 键合的非晶碳团簇密 切相关!弯曲石墨层网格上的氢吸附以及持续不断 的激活分子氢、 原子和离子氢碰撞表面产生的能量 淀积是形成非晶碳网络的原因! 一旦形成非晶碳网 络, 其后的金刚石成核和生长过程与金刚石 -./ 过 程类似!金刚石生长机理与电子束辐照下的非平衡 体系完全不同!本文提供的方法对制备高质量的金 刚石薄膜具有潜在的应用价值! [)] 0123"+4,51 6,78,9

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