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文档简介

碳单质及其衍生物在学术界,一般认为金刚石、石墨、碳笼原子簇、线型碳是碳的几种同素异形体。金刚石,原子晶体,碳原子间以sp3杂化成键;石墨,混合键型或过渡型晶体,碳原子间以sp2杂化成键;无定形碳和碳黑都是微晶石墨。富勒烯(碳笼原子簇),分子晶体,碳原子间以s030p.695杂化轨道成键(3条σ键);碳原子上还有条π轨道(ssp915):线型碳,分子晶体,碳原子间以sp杂化成键。其稳定性为:线型碳>石墨>金刚石>富勒烯。1金刚石金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光学工业、半导体工业及化学工业。天然金刚石稀少,只限于用作装饰品,因此人工合成金刚石正在成为碳素材料中的重要研究开发领域●金刚石的合成金刚石合成已有四十多年的历史。已报道的合成方法大致可分为两类:★石墨转化法C(石墨)C(金刚石)△Hn0=1828k,].mol-1△G,0=2796kJmol-1△Sm0=-325kJmol-1由热力学得知,在等温条件下,反应的自由能与压力变化遵循如下规律△Gr=MH-TASr+△wP0式中△G、△厢△S别表示压力为P和温度为T时的自由能、热焓和熵的变化;△V=V金刚石石墨可见常温常压下石墨转化为金刚石是非自发的,但在高温和高压(由疏松到致密)下可能实现这种转化。其温度和压力条件因催化剂的种类不同而不同。石墨转化法可分为静态超高压高温法和动态法两种●静态超高压高温法用高压设备压缩传压介质产生3~10GPa的超高压,并利用电流通过发热体,将合成腔加热到10002000℃高温。其优点是能较长时间保持稳定的高温高压条件,易于控制。该法可得到磨料级金刚石,但设备技术要求高。●动态法利用动态波促使石墨直接转变成金刚石。动态冲击波可由爆炸强放电和高速碰撞等瞬时产生,在被冲击介质中可同时产生高温高压,使石墨转化为金刚石。该法作用时间短(仅几微秒),压力及温度不能分别加以控制,但装置相对简单,单次装料多,因而产量高。产品为徼粉金刚石,可通过烧结成大颗粒多晶体,但质量较差。★气相合成法CVD法)气相法是用含碳气态物质作碳源,产物往往是附在基体上的金刚石薄膜。研究表明,含碳气态物质在一定高温分解出的甲基自由基,甲基自由基相当于金刚石的活性种子。因为金刚石中的碳处于sp3杂化状态,甲基中的碳也处于sp3杂化状态,甲基自由基分解后便以金刚石的形式析出。碳氢化合物一整解→甲基一热(表面石墨原料气氢气一均裂一原子氢金刚石甲基(CH)气相合成法又可分为●热丝CVⅦ法●等离子体化学气相沉积法(PCV法)●燃烧火焰法CH+HCH+Hz水冷管石英管基样导波管基样

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