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掺硼金刚石薄膜表面的氨基终端修饰的研究

作　者: 安云玲
导　师: 常明
学　校: 天津理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 掺硼金刚石薄膜电极化学修饰氨基 X射线光电子能谱(XPS) 热丝化学气相沉积
分类号: O484.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 19次
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内容摘要

金刚石是一种集多种优良性能于一体的功能材料,它具有很高的硬度、很低的可压缩性、极佳的化学惰性、很低的介电常数、很高的禁带宽度、极好的电子和空穴迁移率以及很高的热导率。但是,金刚石sp3键构造的高稳定性导致其表面活性不足,无法满足各种功能性表面的需要。为了解决这个问题,因此本论文主要研究了掺硼金刚石薄膜电极的制备;氨基修饰掺硼金刚石薄膜电极;氨基修饰后电极的应用这三方面的问题。本文首先对掺硼金刚石薄膜的制备进行研究。掺硼金刚石可作为电极材料,它有着常规电极材料不可比拟的优势,该电极具有宽电势窗口、低背景电流、吸附惰性和高物理化学稳定性等特点,因而成为电化学电极的首选。制备掺硼金刚石薄膜的方法很多,本文采用的是热丝化学气相沉积的方法,并对衬底的预处理、钽丝碳化处理和碳源浓度对制备金刚石薄膜过程中的影响进行详细的论述。在热丝化学气相沉积方法制备掺硼金刚石薄膜的基础上本文对该薄膜电极进行了氨基修饰。该方法是在氢终端的掺硼金刚石薄膜表面导入氨基,是一种不产生二次污染、修饰率高、设备要求不高、操作简单以及成本较低的化学修饰方法。最后对氨基修饰后的金刚石薄膜表面进行XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)表征,通过对比样品表面修饰前后氮原子的含量来确定氨基是否导入。氨基修饰后的Ta/BDD(Tantalum/Boron-Doped Diamond)电极同修饰前的电极一样具有宽的电势窗口和低的背景电流,此特性对于电化学检测有着明显的优势。通过循环伏安扫描测试发现对硝基苯酚在氨基修饰后的Ta/BDD电极上有可逆的氧化还原峰,并且电极没有发生钝化现象,在氨基修饰后的Ta/BDD电极上对硝基苯酚更容易被降解,在其它条件相同的情况下施加较小的电压就可以使对硝基苯酚得到更有效的降解。该电极是一种节能、高效和制作简单的电极,它的应用性会更加广泛。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 金刚石材料简介及其性质  9-12
    1.1.1 金刚石材料简介  9
    1.1.2 金刚石的分类  9-10
    1.1.3 金刚石材料的性质  10
    1.1.4 金刚石薄膜的表征方法  10-12
  1.2 金刚石的制备方法  12-14
    1.2.1 炸药合成法  13
    1.2.2 高温高压法  13
    1.2.3 水热法、溶剂热法  13-14
    1.2.4 低压化学气相沉积法(LPCVD)  14
  1.3 金刚石的表面修饰  14-16
    1.3.1 氢终端的金刚石表面  15
    1.3.2 氧终端的金刚石表面  15-16
    1.3.3 卤素终端的金刚石表面  16
    1.3.4 氨基终端的金刚石表面  16
  1.4 金刚石薄膜修饰后的应用  16-17
  1.5 本论文主要研究内容  17-18
第二章 HFCVD 制备金刚石薄膜  18-32
  2.1 金刚石的硼掺杂  18-19
  2.2 掺硼金刚石薄膜的电化学性质  19-22
    2.2.1 宽电化学窗口  19-21
    2.2.2 低背景电流  21
    2.2.3 高化学稳定性  21
    2.2.4 低吸附性  21-22
  2.3 HFCVD 沉积金刚石薄膜设备介绍  22-24
  2.4 实验部分  24-28
    2.4.1 试剂与溶液  24
    2.4.2 金刚石膜的制备实验具体步骤  24-28
  2.5 实验结果与讨论  28-32
    2.5.1 衬底表面处理的影响  28
    2.5.2 灯丝碳化的影响  28-29
    2.5.3 金刚石的表征  29-30
    2.5.4 小结  30-32
第三章氨基修饰BDD 电极  32-39
  3.1 金刚石的表面状态及其可修饰性  32-33
  3.2 氨基修饰BDD 电极的实验方法  33-35
    3.2.1 实验条件  33
    3.2.2 样品的制备  33-35
  3.3 实验结果及讨论  35-37
    3.3.1 XPS（X-ray photoelectron spectroscopy）光谱分析简介  35
    3.3.2 实验数据及其分析  35-37
  3.4 结论  37-39
第四章氨基修饰后Ta/BDD 电极的应用  39-46
  4.1 循环伏安测试  39-41
    4.1.1 基本原理  39-40
    4.1.2 实验条件  40-41
  4.2 实验结果与讨论  41-44
    4.2.1 Ta/BDD 电极的背景电流循环伏安曲线图  41-42
    4.2.2 Ta/BDD 电极在不同PH 值介质中的循环伏安曲线图  42
    4.2.3 Ta/BDD 电极与其他电极循环伏安曲线对比图  42-43
    4.2.4 氨基修饰后的Ta/BDD 电极检测水中的对硝基苯酚  43-44
  4.3 总结  44-46
第五章总结与展望  46-48
  5.1 工作总结  46-47
  5.2 工作展望  47-48
参考文献  48-52
发表论文和科研情况说明  52-53
致谢  53-54

掺硼金刚石薄膜表面的氨基终端修饰的研究

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