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金刚石由于特殊的晶体结构使其具有优异的导热性、透光性、半导体性能,这些特殊的性能使它在很多高技术领域具有十分广阔的应用前景。掺硼金刚石薄膜(Boron-doped diamond films, BDD)作为一种新型的p型半导体材料,被科研工作者用作阳极材料应用于电化学领域。金刚石薄膜电极和金属、石墨、玻璃碳等电极相比,具有很多的优点。为了有效地提高 BDD电极电化学氧化效率,降低能耗,在制备过程中不仅需要选择最佳制备工艺使它的电学性能最好,还要求研究它在电化学氧化效率方向的影响因素。 本文采用热丝化学气相沉积(Hot filament chemical vapor deposition, HFCVD)的方法,在处理干净的钽基片上制备BDD。利用原子力显微镜(Atomic force microscopy, AFM)、金相显微镜、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和电化学工作站对薄膜的晶体结构、表面形貌、电化学性能进行表征和分析。研究了不同 C/B原子个数比对金刚石薄膜形貌的影响。利用电化学工作站采用循环伏安法对BBD电极电化学特性进行了分析,讨论了掺杂对BDD电极的电化学性能的影响。本文从电压、电极间距、电解液浓度、电解液种类、阴极和阳极之间是否加 BDD薄膜中间电极等几个方面对电化学氧化效率进行了研究。 本文得出:随着掺硼浓度的升高,金刚石晶粒的大小和结构致密程度先优后劣,由此可知,少量的硼掺杂有利于金刚石在钽基片上的形成,当掺杂浓度达到一定的程度,金刚石的在钽基片上的形核质量变差,不利于金刚石薄膜的生长,并且它的电学特性也变差;掺杂源为 B2O3,C/B原子个数比为10000/1时制备的 BDD电极在电解液中电化学窗口可达4.2V。不加 BDD中间电极时,电化学氧化效率随着电压的升高而升高,但是电压超过一定范围,电化学氧化效率随着电压的升高而降低;电极间距为1、3、5时,电极间距越大,电化学氧化效率越低;电解液浓度越小,电化学氧化效率越低;不同的电解液对电化学氧化效率也有影响,影响规律不仅与电解液的浓度有关,还和电解液液中是否含有金属离子有关。加 BDD中间电极时,电化学氧化效率随着电压的升高而升高。