CN117026356A - 一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法 - Google Patents
一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117026356A CN117026356A CN202311063412.5A CN202311063412A CN117026356A CN 117026356 A CN117026356 A CN 117026356A CN 202311063412 A CN202311063412 A CN 202311063412A CN 117026356 A CN117026356 A CN 117026356A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nitrogen
- doped diamond
- diamond
- monocrystal
- carbon source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 126
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910005800 NiMnCo Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 11
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 5
- -1 carbon nitrogen hydrogen oxygen organic compound Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 229910002555 FeNi Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 7
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N Sodium azide Chemical compound [Na+].[N-]=[N+]=[N-] PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEVRDFDBXJMZFG-UHFFFAOYSA-N carbonyl dihydrazine Chemical compound NNC(=O)NN XEVRDFDBXJMZFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052903 pyrophyllite Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- UUXFWHMUNNXFHD-UHFFFAOYSA-N barium azide Chemical compound [Ba+2].[N-]=[N+]=[N-].[N-]=[N+]=[N-] UUXFWHMUNNXFHD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003000 inclusion body Anatomy 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/12—Single-crystal growth directly from the solid state by pressure treatment during the growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明属于金刚石制备技术领域，涉及一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法。由改性碳源、NiMnCo合金触媒、晶床和金刚石籽晶制备得到金刚石单晶后，经过酸处理所述金刚石单晶即得所述高品质氮掺杂金刚石单晶，其中改性碳源通过含有碳氮氢氧的有机物作为氮源对于石墨粉改性得到，由于未引入其他非必要杂质元素，避免了对触媒的毒化作用，降低了高品质氮掺杂金刚石单晶的制备难度，降低了制备成本，具有可重复性。该方法能够有效降低制备高品质氮掺杂金刚石单晶的合成压力和温度，并且由此制备得到的氮掺杂金刚石单晶质量高、包裹体少、晶型完好、透明度高。
Description
技术领域
本发明属于金刚石制备技术领域，更具体的说是涉及一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法。
背景技术
金刚石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、高的声传播速率以及良好的化学稳定性等。金刚石以其优异的物理化学性质在高端制造业如精密工具、耐磨零件、光学元件涂层、电子产品配件加工等领域具有广泛应用。金刚石已成为高科技发展的二十一世纪新材料，科技的发展进一步推动人造金刚石作为功能性材料在新兴产业的应用层出不穷。天然金刚石矿属于非可再生资源且具有矿藏储量稀少、开采成本高昂以及开采过程对生态环境破坏程度较高等特点，无法被大范围应用于工业领域。
因此，全球工业用金刚石主要是人造金刚石。而制备高品质金刚石单晶材料是推动金刚石在高科技尖端领域应用的重要前提。在金刚石晶体中掺入其他元素后，会明显的改善金刚石材料的某些性能，甚至还可以赋予金刚石新的功能。
氮元素是金刚石中常见的掺杂元素。在开展的氮掺杂金刚石制备研究中，常见的氮源通常为叠氮化钡(Ba(N3)2)、叠氮化钠(NaN3)、氮化铁(Fe3N)等。这些含氮物质的使用不可避免地引入其他杂质元素，改变了原有触媒性质，对触媒有毒化作用，提高了氮掺杂金刚石单晶的合成压力和温度，增加了合成高品质金刚石的难度，使得生产成本增高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法。通过仅含有碳氮氢氧的有机物作为氮源对于石墨粉改性，能够有效降低制备高品质氮掺杂金刚石单晶的合成压力和温度，并且由此制备得到的氮掺杂金刚石单晶质量高、包裹体少、晶型完好、透明度高。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源，使用碳氮氢氧有机化合物粉末对石墨粉进行改性得到；所述碳氮氢氧有机化合物粉末分子式为R1-(C＝O)-R2，其中，R1、R2由氮和氢和/或碳组成。
进一步的，所述改性碳源的制备方法包括：按石墨粉质量分数的0.1-1.0wt.％称取氮源，将氮源和石墨粉在真空环境中混合4～6小时得到氮化石墨粉，然后压制成型，即得所述改性碳源。
优选的，所述真空环境的真空度为1.0×10-2torr。
进一步的，所述石墨粉是鳞片状石墨粉在惰性气体氛围或真空条件下，加热到1500～2000℃处理1～10h得到。
优选的，所述惰性气体氛围包括氩气氛围、氦气氛围、氖气氛围、氪气氛围、氙气氛围、氮气氛围中的一种。
优选的，所述真空的真空度为1.0×10-2torr。
另一方面，本发明还提供了一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法，以上述用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源为原料，和触媒、晶床、金刚石籽晶组成金刚石合成块，通过加压合成处理得到所述氮掺杂金刚石单晶。
进一步的，所述触媒为NiMnCo合金或FeNi合金。
进一步的，所述加压合成处理的压力为5.5～8.0GPa，温度为1300～1400℃，时间为1h-200h。
进一步的，所述加压合成处理后还包括酸处理工序。
优选的，所述酸处理工序的方法为：对加压合成后的样品用热的稀硝酸溶液将触媒溶解，然后再用热的浓硫酸和浓硝酸(浓硫酸和浓硝酸体积比为9:1)混合溶液精煮处理2～6h。
更加优选的，所述稀硝酸溶液的浓度不高于6mol/L；所述浓硝酸的浓度不低于8mol/L；所述浓硫酸浓度不低于10mol/L。
另一方面，本发明还提供了一种由上述方法制备得到的氮掺杂金刚石单晶。
另一方面，本发明还提供了一种上述氮掺杂金刚石单晶在航空航天和精密仪器领域中的应用。
另一方面，本发明还提供了一种提高氮掺杂金刚石单晶品质的方法，以上述的用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源为原料，和NiMnCo合金触媒、晶床、金刚石籽晶组成金刚石合成块，通过加压合成处理得到氮掺杂金刚石单晶。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明使用仅含有碳氮氢氧的有机物作为氮源，结构简单，易分解，有机物中的氮是氮掺杂金刚石中氮原子的主要来源，有机物中含有的少量氧更加有利于合成高质量金刚石单晶。
2、本发明使用的氮源在合成金刚石单晶时，未引入其他非必要杂质元素，避免了非必要杂质元素对触媒的毒化作用，进一步的降低了氮掺杂金刚石单晶制备的合成压力和温度。
3、本发明使用的氮源作为添加剂在合成金刚石单晶时，有效抑制了再结晶石墨的析出，提高了高品质金刚石制备的效率。
4、本发明在制备改性碳源过程中，均在惰性气体氛围或真空条件下进行，减少了原始材料在空气中的暴露时间，极大地减弱了外界温湿度及空气的复杂成分对原始材料的污染。
5、本发明使用仅含有碳氮氢氧的有机物作为氮源，合成的氮掺杂金刚石单晶质量高、包裹体少、晶型完好、透明度高。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为金刚石合成块结构示意图。
图2为实施例1制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片(a)及红外(b)、拉曼(c)表征图谱。
图3为实施例2制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片(a)及红外(b)、拉曼(c)表征图谱。
图4为对比例1制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片(a)及红外(b)、拉曼(c)表征图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
氮掺杂金刚石单晶的制备：
S1、将鳞片状石墨粉，在超高温石墨化炉中的氩气环境下对石墨粉进行2000℃，5h的高温纯化处理，即得纯化石墨粉。
S2、按纯化石墨粉质量分数的0.1wt.％称取氮源碳酰肼(CH6N4O)粉末，将纯化石墨粉和氮源碳酰肼粉末加入真空搅拌罐中搅拌4h，得到改性石墨粉；将改性石墨粉通过粉压成型设备压制成圆柱体，即得改性碳源，置于100℃恒温真空箱待用。
S3、将改性碳源、NiMnCo合金触媒、晶床、金刚石籽晶依次装入叶蜡石复合块中，组成金刚石合成块，并置于110℃恒温真空箱中4h。
S4、：将金刚石合成块置于六面顶液压机中，设置工艺参数为合成压力5.5GPa、合成温度1300℃，合成周期13h，制备得到金刚石单晶样品柱，未发现再结晶石墨。
S5、对于金刚石单晶样品柱用热的稀硝酸溶液将触媒溶解，然后再用热的浓硫酸和浓硝酸混合溶液(浓硫酸与浓硝酸的体积比为9:1)精煮4h去除晶体表面残存触媒和表面杂质，酸处理完毕后，即得氮掺杂金刚石单晶。
实施例2
氮掺杂金刚石单晶的制备：
S1、将鳞片状石墨粉，在超高温石墨化炉中的氩气环境下对石墨粉进行2000℃，5h的高温纯化处理，即得纯化石墨粉。
S2、将纯化石墨粉和0.6wt.％(与纯化石墨粉的质量比)的尿素(CH4N2O)粉末加入真空搅拌罐中搅拌4h，得到改性石墨粉；将改性石墨粉通过粉压成型设备压制成圆柱体，即得改性碳源，置于100℃恒温真空箱待用。
S3、将改性碳源、NiMnCo合金触媒、晶床、金刚石籽晶依次装入叶蜡石复合块中，组成金刚石合成块，并置于110℃恒温真空箱中4h。
S4、：将金刚石合成块置于六面顶液压机中，设置工艺参数为合成压力5.5GPa、合成温度1320℃，合成周期10h，制备得到金刚石单晶样品柱，未发现再结晶石墨。
S5、对于金刚石单晶样品柱用热的稀硝酸溶液将触媒溶解，然后再用热的浓硫酸和浓硝酸混合溶液(浓硫酸与浓硝酸的体积比为9:1)精煮4h去除晶体表面残存触媒和表面杂质，酸处理完毕后，即得氮掺杂金刚石单晶。
对比例1
氮掺杂金刚石单晶的制备：
S1、将纯化石墨粉和0.4wt.％(与纯化石墨粉的质量比)的叠氮化钠(NaN3)粉末加入真空搅拌罐中搅拌4h，得到改性石墨粉；将改性石墨粉通过粉压成型设备压制成圆柱体，即得改性碳源，置于100℃恒温真空箱待用。
S2、将改性碳源、NiMnCo合金触媒、晶床、金刚石籽晶依次装入叶蜡石复合块中，组成金刚石合成块，并置于110℃恒温真空箱中4h。
S3、：将金刚石合成块置于六面顶液压机中，设置工艺参数为合成压力5.8GPa、合成温度1350℃，合成周期10h，制备得到金刚石单晶样品柱，未发现再结晶石墨。
S4、对于金刚石单晶样品柱用热的稀硝酸溶液将触媒溶解，然后再用热的浓硫酸和浓硝酸混合溶液(浓硫酸与浓硝酸的体积比为9:1)精煮4h去除晶体表面残存触媒和表面杂质，酸处理完毕后，即得氮掺杂金刚石单晶。
值得说明的是，在实施例和对比例中，惰性气体气氛和真空环境的目的是为了减少外界温湿度及空气的复杂成分对于原料的影响，因此，在技术方案中使用本发明限定的何种惰性气体气氛或者真空条件均不影响最终的技术效果，可以同等替换。
图1为实施例1中金刚石合成块结构示意图。包括：1-叶蜡石复合块、2-加热管、3-外层保温传压材料、4-籽晶、5-导电石墨片、6-内层保温陶瓷材料、7-改性碳源、8-NiMnCo合金触媒、9-晶床。
图2为实施例1制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片及红外、拉曼表征图谱。图2a为实施例1制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片，晶体颜色为黄绿色，晶体质量较好，无包裹体，透明度良好。图2b为实施例1制备的高品质氮掺杂金刚石单晶红外图谱。用傅里叶变换显微红外光谱仪对制备的氮掺杂金刚石单晶进行红外表征，如图2b所示，金刚石的本征峰位于红外图谱中双声子区1500-2680cm-1，其中2030cm-1、2160cm-1和2350cm-1是金刚石的本征峰，代表C─C之间的振动红外吸收，是金刚石晶体结构中特有的红外吸收峰。氮的特征吸收峰集中于第一声子区800-1400cm-1区域，图2b中的红外吸收峰1130cm-1和1344cm-1表示金刚石中的氮原子主要是以单原子离散态分布在金刚石晶格中，且氮含量大约570ppm。
图2c为实施例1制备的高品质氮掺杂金刚石单晶的拉曼图谱。用显微拉曼光谱仪对制备的金刚石单晶进行拉曼表征，如图2c所示，制备的氮掺杂金刚石单晶的拉曼光谱有且仅有一个窄而强的主峰1331.9cm-1，且半峰宽为4.3cm，表明合成的氮掺杂金刚石单晶具有较高的结晶度，晶体质量较好。
图3为实施例2制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片及红外、拉曼表征图谱。图3a为实施例2制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片，晶体颜色为深绿色，晶体质量较好，无包裹体。图3b为实施例2制备的高品质氮掺杂金刚石单晶红外图谱。图3b中的红外吸收峰在1130cm-1和1344cm-1有较强的红外吸收峰，且氮含量大约1000ppm。图3c为实施例2制备的高品质氮掺杂金刚石单晶的拉曼图谱。如图3c所示，制备的氮掺杂金刚石单晶的拉曼光谱有且仅有一个窄而强的主峰1329.9cm-1，且半峰宽为3.8cm，表明合成的氮掺杂金刚石单晶具有较高的结晶度，晶体质量较好。
图4为对比例1制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片及红外、拉曼表征图谱。图4a为对比例1制备得到的高品质氮掺杂金刚石单晶光学照片，晶体颜色为深绿色，晶体内部有少量毛刺，无包裹体。毛刺的存在会严重影响着晶体的质量，极大的降低了氮掺杂金刚石单晶的应用价值图。图4b为对比例1制备的高品质氮掺杂金刚石单晶红外图谱。图4b中的红外吸收峰在1130cm-1和1344cm-1有较强的红外吸收峰，且氮含量大约1200ppm。图4c为对比例1制备的高品质氮掺杂金刚石单晶的拉曼图谱。如图4c所示，制备的氮掺杂金刚石单晶的拉曼光谱有且仅有一个窄而强的主峰1330.1cm-1，且半峰宽为4.7cm，表明合成的氮掺杂金刚石单晶具有较高的结晶度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源，其特征在于，使用碳氮氢氧有机化合物粉末对石墨粉进行改性得到；所述碳氮氢氧有机化合物粉末分子式为R1-(C＝O)-R2，其中，R1、R2由氮和氢和/或碳组成。
2.根据权利要求1所述的用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源，其特征在于，所述改性碳源的制备方法包括：按石墨粉质量分数的0.1-1.0wt.％称取氮源，将氮源和石墨粉在真空环境中混合4～6小时得到氮化石墨粉，然后压制成型，即得所述改性碳源。
3.根据权利要求2所述的用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源，其特征在于，所述石墨粉是鳞片状石墨粉在惰性气体氛围或真空条件下，加热到1500～2000℃处理1～10h得到。
4.一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法，其特征在于，以权利要求1所述的用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源为原料，和触媒、晶床、金刚石籽晶组成金刚石合成块，通过加压合成处理得到所述氮掺杂金刚石单晶。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述触媒为NiMnCo合金或FeNi合金；所述加压合成处理的压力为5.5～8.0GPa，温度为1300～1400℃，时间为1～200h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加压合成处理后还包括酸处理工序。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酸处理工序的方法为：对加压合成后的样品置于稀硝酸溶液中将触媒溶解，再用体积比为9:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液精煮处理2～6h。
8.一种如权利要求4～7任一项所述制备方法制得的氮掺杂金刚石单晶。
9.一种如权利要求8所述的氮掺杂金刚石单晶在航空航天和精密仪器领域中的应用。
10.一种提高氮掺杂金刚石单晶品质的方法，其特征在于，以权利要求1所述的用于制备氮掺杂金刚石单晶的改性碳源为原料，和NiMnCo合金触媒、晶床、金刚石籽晶组成金刚石合成块，通过加压合成处理得到氮掺杂金刚石单晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311063412.5A CN117026356A (zh) | 2023-08-23 | 2023-08-23 | 一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311063412.5A CN117026356A (zh) | 2023-08-23 | 2023-08-23 | 一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117026356A true CN117026356A (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=88624314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311063412.5A Pending CN117026356A (zh) | 2023-08-23 | 2023-08-23 | 一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117026356A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640788C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2018-01-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Способ получения легированного монокристалла алмаза |
| CN112481698A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-03-12 | 河南工业大学 | 一种提高高温高压合成宝石级金刚石氮含量的新方法 |
| CN115400691A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-29 | 内蒙古唐合科技有限公司 | 一种人造金刚石的制备方法 |
| CN116116326A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-05-16 | 浙江大学 | 一种金刚石刀具材料半导体改性的工艺 |
-
2023
- 2023-08-23 CN CN202311063412.5A patent/CN117026356A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640788C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2018-01-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Способ получения легированного монокристалла алмаза |
| CN112481698A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-03-12 | 河南工业大学 | 一种提高高温高压合成宝石级金刚石氮含量的新方法 |
| CN115400691A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-29 | 内蒙古唐合科技有限公司 | 一种人造金刚石的制备方法 |
| CN116116326A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-05-16 | 浙江大学 | 一种金刚石刀具材料半导体改性的工艺 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郭龙锁: "肼类有机物掺杂金刚石大单晶的高温高压合成及退火研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, pages 37 - 38 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101637567B1 (ko) | 고순도 탄화규소 분체 제조 방법 및 시스템 | |
| CN114180969B (zh) | 含氮高熵max相材料和二维材料的制备方法及用途 | |
| EP1219578A2 (en) | Silicon/silicon carbide composite and process for manufacturing the same | |
| CA1151836A (en) | Process for producing metallic carbonitride | |
| CN109663543B (zh) | 一种直接转化合成硼皮氮芯多晶金刚石制备方法 | |
| CN117026356A (zh) | 一种氮掺杂金刚石单晶的制备方法 | |
| CN106544642A (zh) | 一种利用微波法制备碳化硅纳米线薄膜的方法 | |
| KR101549477B1 (ko) | 고순도 탄화규소 분말의 제조방법 | |
| CN114808140B (zh) | 一种二维单晶四氧化三铁纳米材料及制备方法 | |
| JP2721678B2 (ja) | β−炭化珪素成形体及びその製造法 | |
| KR20100115993A (ko) | 고순도 베타상 탄화규소 미세 분말의 저온 제조 방법 | |
| CN112110731B (zh) | Sc2SC层状材料及其制备方法 | |
| KR20110027915A (ko) | 메조포러스 실리카로부터 제조된 탄화규소 분말 및 그 제조방법 | |
| JP2002018267A (ja) | 半導体ダイヤモンド合成用黒鉛材及びそれを用いて製造される半導体ダイヤモンド | |
| RU2393112C1 (ru) | Способ получения нановолокон карбида кремния | |
| JPS616110A (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| Ma et al. | Effect of gas atmospheres and SiO2 content on preparation and properties of SiO2–Si3N4 composite ceramics via nitridation of diamond-wire saw silicon waste powder | |
| JP3997596B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末 | |
| CN114164492B (zh) | 大尺寸介/微孔氮化钨单晶材料及其制备方法、应用 | |
| JP2620294B2 (ja) | 炭化珪素−黒鉛複合材料及びその製造法 | |
| CN116747852A (zh) | 一种硼掺杂金刚石、制备方法及应用 | |
| JPH0227318B2 (zh) | ||
| JP3942280B2 (ja) | 六方晶窒化ほう素焼結体の製造方法 | |
| CN114790576B (zh) | 一种制备b10、b11同位素富集的六方氮化硼单晶的方法 | |
| JP2000044223A (ja) | 炭化珪素の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |