氮氣放電在氮摻雜及氮化物合成中的應用.pdf

1、氮化物由于其在各個領域(如半導體，環(huán)境，能源等方面)都展現(xiàn)出其優(yōu)良的特性和廣闊的應用前景，一直以來都是重要的研究對象。本文研制了高解離度的空心陰極放電氮離子束源并應用于二氧化鈦光催化材料的氮摻雜，得到了在可見光下具有催化性能的摻氮二氧化鈦薄膜：同時，對氮氣氛下的快脈沖放電進行了研究并應用于碳氮薄膜的合成。得到的無定型碳氮納米顆粒膜具有很好的場發(fā)射特性。本論文在氮氣放電及其應用方面作了有益的探索，取得了有意義的和有創(chuàng)新性的結果。

2、一、基于空心陰極放電的氮原子離子束源的研制與參數(shù)分析設計和研制了基于空心陰極放電的氮原子離子束源。束源的工作穩(wěn)定。本文對于該離子束源在各種放電條件下的工作參數(shù)進行了細致的分析，通過飛行時間質譜的測量來研究離子束在各種放電參數(shù)下的性能，包括放電電流，管內氣壓，氣體流量，反應氣體組成等對產(chǎn)生的離子束組分的影響。在優(yōu)化的放電條件下，使用純氮氣作為工作氣體，得到了原子離子比例達95％以上的氮離子束輸出。在很大的放電電流范圍內都可以得到大于90％

3、的原子離子比例。因此可以認為是一個純氮原子離子束源。由于氮原子離子所具有的高化學活性，以及對于材料表面的低濺射速率，該氮原子離子束源在應用于材料氮化改性的實驗室研究方面將具有非常重要的應用價值，本文利用這一束源開展了二氧化鈦摻氮的研究。 二、用離子注入方法研究二氧化鈦的摻氮及其可見光催化特性使用PLD方法以及磁控濺射方法制備了兩種二氧化鈦薄膜材料，并使用氮離子注入方法進行了氮摻雜。通過RAMAN光譜，光電子能譜，x光衍射譜，UV

4、-VIS吸收譜等多種測試手段對于所得到的摻氮二氧化鈦膜進行了表征。結果發(fā)現(xiàn)，通過離子注入方法可以有效地對于兩種二氧化鈦膜進行摻雜，XPS測試表明，兩種薄膜材料在進行了離子注入后，表面氮含量均高于10％。同時，在UV-VIS吸收譜上，均有可見光吸收的增強。在405nm激光照射下，摻氮樣品對于亞甲基藍溶液具有光催化分解作用?？梢姽獯呋Ч臀兆V的結果是吻合的。對可見光催化的差異進行了一些初步的討論。 三、利用氮氣脈沖放電方法合成碳

5、氮納米顆粒膜我們使用高純石墨棒作為電極，通過氮氣中的快脈沖高壓放電，在氮化的金剛石薄膜表面生長了無定形碳氮薄膜。利用放電等離子體的發(fā)射光譜診斷優(yōu)化了合成條件。結構分析表明沉積的碳氮薄膜主要是由納米尺度的碳顆粒、納米金剛石顆粒和spz、sp3鍵合的氮化碳顆粒等組成。經(jīng)氫氟酸后處理的碳氮薄膜移去了大部分較弱鍵合的大顆粒而由更為緊密的微小顆粒組成。經(jīng)氫氟酸處理前后的碳氮薄膜中的微晶石墨的大小，經(jīng)過估算分別為1.5 nm和1.2 nm，對應的光

6、學帶隙為1.02 eV和1.05 eV。 四、碳氮納米顆粒膜的場發(fā)射特性研究對于氮氣快脈沖放電方法沉積的碳氮薄膜研究的初步結果表明該材料具有半導體的特性，并具有優(yōu)良的冷陰極發(fā)射性能，即較低的開啟電場和較高的場發(fā)射電流密度。這使得該碳氮薄膜有希望成為優(yōu)良的電子材料。而在對薄膜用氫氟酸進行了處理后，其導電性和場發(fā)射性能都有了增強。薄膜的活化能從3.42 eV降至1.19 eV。開啟電場分別為4 V,μm<'-1>和3.5V,μm<'