理论预言的三维碳同素异构体T-carbon的制备及其物性的实验深入研究
批准号:
52072365
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
陈广超
依托单位:
学科分类:
碳素材料与超硬材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈广超
中文摘要
由我国学者理论预言的三维碳同素异构体T-carbon具有蓬松的立方晶体结构和sp3电子杂化结构,由于其结构的特殊性,在储氢和显示方面具有理论上的优异性能,在能源和信息领域有着巨大的应用可能。我国学者在国际上也率先开展了T-carbon的实验研究,不仅给出了T-carbon在实验室条件下存在的证据,也提供了高通量制备T-carbon的技术途径。作为T-carbon高通量制备技术途径的提出者,申请人在本次申请中拟就T-carbon高通量制备中存在的动力学问题以及涉及储氢和光电显示的基本物性问题开展进一步的实验研究,探索高通量碳原子堆垛的机理,把握T-carbon的相稳定条件,确定T-carbon在储氢和光电显示役使条件下的物化性能,解决T-carbon作为新功能材料能否服役的基础材料问题。希望通过本次工作能为 “中国预言-中国证实-中国制造”这条新材料研发链条中的最后一个环节奠定基础。
英文摘要
Chinese scholar predicted a novel 3D carbon allotrope, named as T-carbon. Theoretically, it was considered to possess the excellent hydrogen storage capacity and the optoelectrical property due to its fluffy cubic crystal structure and sp3 hybrid electron orbit structure. Therefore, there is the great potential for T-carbon to be applied into the area of the energy and the display. It was also the Chinese scholar that proved the existence of T-carbon under the laboratory condition, and showed the approach of its high throughput preparation. As the author proposing the approach of high throughput preparation, the applicant would like to do further experimental exploration of the growth dynamic and the hydrogen storage as well as the optoelectrical display. The problems of carbon atom stacking way, phase stability and material properties under the performance condition would be focused this time. To achieve these aims, the works will involve four parts, i.e., high throughput preparation of T-carbon, atomic resolution of crystalline structure, material properties characterization, and applications in devices.
T-carbon是我国学者原创的提出的一种新型碳同素异构体,具有三维立方晶体结构和sp3电子杂化结构,经过西安交通大学课题组和我们课题组的努力,证明了T-carbon在实验室条件下存在的实事。因此,一条“中国预言-中国证实-中国制备”的新材料体系研发轨迹逐渐清晰,目前这个链条上只差“中国制造”这一环节还需要进行深入和完备的基础研究,这一工作一旦完成,向世界提供“中国原创的碳材料”的愿望将有可能实现!本课题通过制备、表征和器件化三个环节,研究了T-carbon这一新型碳同素异构体的(1)等离子体CVD高通量制备技术;(2)T-carbon的晶体学特征;(3)T-carbon的导热性能;以及(4)制备T-carbon的电极。取得了(1)T-carbon的双频率射频等离子CVD制备技术,并且,还获得了超快的CVD金刚石抛光技术;实验表明:双频率射频等离子体增强CVD的参数在v@(5,13)m/s,电子温度Te@(1.7,2.7)eV,等离子体密度ne@(1.5*10^22,1.9*10^22) m^-3,沉底温度在900-1050°C范围里,合理调整Ar/H2/CH4比例,可以制备出T-carbon。采用熔融纯铁,可以实现多晶金刚石的超高速抛光,MRR可达到10^4micronmeter/hr,这是目前接触式金刚石抛光的最快速度。(2)确定了T-carbon的衍射学特征及高电压下诱发T-carbon转变为石墨相的不稳定特点;(3)测定了T-carbon的热导率在31.9W/(m.K)@300 K,并与温度遵守指数关系κ(T) ~ T^0.75。(4)制备了T-carbon电极,并进行了电化学测试。产生了12项成果,其中9篇论文(6篇SCI,包括Carbon, Diamond and Related Materials, Physical Review B)、2项专利(实审)、1项软著(授权)。本课题是首次对T-carbon进行系统研究的项目,所取得的成果是全球首次,基本完成了研究计划,达到了研究目的,为T-carbon的学术深入研究以及应用研究奠定了坚实的基础。
具有NE8色心规则分布的单晶CVD金刚石的制备研究
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批准号:51272281
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:陈广超
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依托单位:
国内基金
海外基金