金刚石基纳米复合结构的制备及浸润性质研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhudebaotogogo
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,疏水(油)亲水(油)材料被广泛应用于众多领域,例如生物制药、飞行器、造船业、纺织业、能源(太阳能)、电化学和微电化学等。金刚石(Diamond)具有已知材料硬度最高、化学稳定性好、热导率高、带隙宽等多个优异特性。金刚石的浸润性是其十分重要的一个特性,与金刚石晶体取向、表面能、表面氢(氧)终止等密切相关。金刚石浸润性研究对提升其实际应用具有重要的价值,设计和制作新型金刚石基复合结构并对其浸润性进行调制,是当前金刚石领域的重要研究课题。本论文的主要内容为:利用化学气相沉积(CVD)方法生长金刚石膜,并在多晶金刚石膜上制备氧化锌(ZnO)纳米膜,在网状衬底上制备纳米CVD金刚石膜网(Diamond mesh),及在金刚石膜网上合成硫化镉(CdS)纳米膜,并研究上述结构的浸润等性能。具体研究结果如下:1.以抛光和无抛光CVD金刚石膜为衬底,采用磁控溅射法,沉积ZnO纳米膜,提高金刚石膜表面的浸润性。当衬底为无抛光金刚石膜(接触角93°),ZnO/Diamond复合结构接触角达到141°;而对于抛光金刚石膜(接触角87°),ZnO/Diamond复合结构接触角为98°。实验证明接触角的变化与金刚石表面(抛光和未抛光)及ZnO纳米膜的粗糙度密切相关。整体粗糙度大,接触角增大。水滴在ZnO/Diamond体系上放置24小时,接触角度从141°下降到34°;经在烘箱恒温高温(95℃)处理后,接触角恢复到141°,说明体系的疏水与亲水性质是可转换的。2.利用CVD法,以铜网为衬底生长晶粒尺寸为纳米级的金刚石膜,获得了超疏水(接触角大于150°)和超亲油(接触角~0°)的金刚石膜网,超疏水性对pH=1-14的水滴都可实现。该浸润性特点是由金刚石网微纳米结构、微孔毛细作用力、金刚石表面氢终止共同决定的。通过对金刚石膜网在强酸、强碱溶液中多次浸泡处理,金刚石膜网的超疏水性保持了很好的稳定性。金刚石膜网孔径从50μm增加到150μm时,仍有稳定的超疏水性,除该体系微纳米及多孔结构的原因,还可归因于金刚石膜网表面超硬的特性,比传统材料更能够承受水滴的重量。3.实验证明金刚石膜网结构可以实现高效的油水分离,并具有很好的可清洁性和重复性。通过在有氧气氛中高温热处理,氢终止表面的金刚石膜网可转变为氧终止表面,超疏水变为亲水性;将氧化表面在氢等离子体中处理,金刚石网转化为氢终止,其超疏水性可以恢复,这样我们实现了在同一结构上超疏水-亲水转换。利用所获得的超疏水和亲水的金刚石膜网,实现了微小液滴的转移。考虑到金刚石的化学稳定性,可以拓展到对pH=1-14的所有液滴进行转移。4.利用热灯丝CVD方法制备硼掺杂p型金刚石膜网;通过连续离子吸附反应法,在p型金刚石上生长n型CdS纳米膜制备了CdS/diamond mesh复合结构。硼掺杂金刚石膜网具有低亲水性质(接触角为87o),而CdS/diamond mesh的接触角提高到107o,变为疏水。n-CdS/p-diamond mesh异质结用于亚甲基蓝溶液的脱色反应,证明其具有较好的光催化性能。综上所述,我们研究了CVD金刚石膜表面粗糙度、ZnO膜沉积对提高金刚石膜疏水性的影响;制备了微纳结构的金刚石膜网,获得了超疏水-超亲油性质,可用于高效油水分离,并且在强酸强碱中均具有优异的稳定性。通过表面氧或氢终止的控制,可以对其亲水性及超疏性进行调制。获得了亲水的硼掺杂p型金刚石膜网,在其上生长n型CdS纳米膜,提高了其疏水性,所制备的异质结具有较好的光催化特性。本论文所论述的金刚石基新型复合结构及其浸润性相关的优异性质,具有重要的理论和应用价值,可能发现更多的新现象和工作机制,有望开发出具有特殊功能的金刚石相关的新型多功能器件。
其他文献
为降低某地铁车辆辅助变流器的噪声,通过不同工况的振动噪声测试,获得了辅助变流器的噪声特性,在此基础上进行了噪声传递路径分析、优化风道结构和风道消声处理。对比测试结
目的代谢功能紊乱是导致糖尿病心血管病变最重要的原因之一。已知心脏是人体能量需求最大的器官,心肌发生代谢紊乱,提示心肌供能不足,影响心肌泵血能力。糖尿病引起的高糖高
目的观察抗环瓜氨酸肽(CCP)抗体、抗角蛋白抗体(AKA)及核周因子(APF)对类风湿性关节炎(RA)的诊断价值。方法选择RA患者110例(RA组)、其他自身免疫性疾病患者50例(非RA组)和健
目的研究短暂中断双焦镜片的连续干预对雏鸡离焦性近视的影响,以及双焦镜片和低浓度阿托品玻璃体腔注射对离焦性近视的联合作用,为建立最佳的近视控制策略奠定实验基础。探讨
环境保护是当今人类社会共同关注的重大问题。随着全球环境的日益恶化,人们已经逐渐意识到环境保护的重要性;同时,也充分认识到信息技术对环境保护所起的关键作用。环境地理信息
目的开发一种结肠靶向胶囊,使吲哚美辛达到结肠部位实现靶向释放。方法以蘸胶工艺制备不溶性半透膜囊体,灌装药物后以果胶片封住囊体,外套上普通胶囊壳后外包肠溶衣,进行体外
随着我国经济的持续发展和居民健康保障意识的不断增强,我国的健康险面临着巨大的发展空间,特别是在新医改颁布以后,商业健康险的定位更加明确,角色更加清晰。如何在新医改这
我国房地产市场近期内虽然由低潮期走向了回暖,但政策刺激带来的销售温和回暖并不能改变整个行业下行的趋势,在商品住宅市场,销售下滑,库存激增等问题日渐积累,对房地产行业
辛亥革命是中国历史上一次非常重要的革命。辛亥革命以后成立的南京临时政府也建立了自己的法制。这是一种现代法制,与中国古代的法制在法律体系、法律制度、法律语言等方面
夏玉米机械化种肥同播省时省工,节肥节本,增产增效,推广潜力大,应用前景广,每667 m~2可节约100元左右种植成本,玉米产量比传统施肥增产10%以上。文章根据禹州市近年来夏玉米