[发明专利]一种具有金刚石结构的材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有金刚石结构的材料，具体涉及一种包含氧化铍(BeO)的具有金刚石结构的材料。

背景技术

Si元素是当今半导体基材中最重要的元素。但是，Si的禁带宽度为1.1eV，属于红外区域，因而Si和其它基于Si的半导体材料的光电效应只能发生在红外区域，大大限制了它们作为太阳能电池的功用。而金刚石的禁带宽度为5.4eV，因此基于金刚石的半导体材料的禁带宽度也为～5.4eV左右，属于可见光激发的区域。而Be是半导体金刚石可能的施主元素，如果可以制成Be-金刚石，那么更高效能的太阳能电池有望在不久的将来得到广泛的应用。

在元素周期表的第二周期中，碳元素(C)是构成超硬材料的最重要的元素，C由石墨向金刚石的转变是所有超硬材料科学与技术的研究基础。硼元素(B)和氮元素(N)在元素周期表的第二周期中分别位于C的两侧。在常压下，氮化硼(BN)、石墨均以相似的六方结构存在，而且在这种六方结构中，BN的平均原子半径与C原子半径非常接近。因此，基于这种相似性，R.H.Wentorf于1961年首次提出并最终实验合成出了具有立方结构的BN(R.H.Wentorf Jr.，J.Chem.Phys.，34，809-812，1961；R.H.Wentorf Jr.，R.C.DeVries和F.P.Bundy，Science 208，873，1980.)。今天，人工合成的立方BN实际上成为最重要的超硬材料之一。

超硬材料研究领域中有两个重要的研究方向，一个是寻找最硬的材料，例如比金刚石硬度更大的材料；另外一个是制造一系列超硬材料，因为在使用一种超硬材料时，总需要一种比它更硬的超硬材料来加工它。Nakano等(S.Nakano等，Chem.Mater.6，2246，1994.)、Knittle等(E.Knittle，R.B.Kaner，R.Jeanloz和M.L.Cohen，Phys.Rev.B51，12149，1995.)、Komatsu等(T.Komatsu等，J.Mater.Chem.6，1799，1996.)、Solozhenko等(V.L.Solozhenko等，Appl.Phys.Lett.，78，1385，2001.)以及赵豫生等(Y.Zhao，D.W.He，L.L.Daemen，T.D.Shen，R.B.Schwarz，Y.Zhu，D.L.Bish，J.Huang，J.Zhang，G.Shen，J.Qian和T.W.Zerda，J.Mater.Res.，17，3139，2002.)已经合成了金刚石-立方BN的“混合固溶体”。金刚石-立方BN的“混合固溶体”的硬度与金刚石或立方BN的含量相关，但由于从金刚石到立方BN之间的硬度变化很小，这种金刚石-立方BN的“混合固溶体”制成的“可设计材料(designable material)”的硬度被限制在一个很小的范围内。

在常温常压和常温高压环境条件下，与石墨和BN相似，氧化铍BeO也以六方结构存在(也称之为“B4相”)，它的平均原子半径与金刚石的C原子半径也十分接近(C.Luo，J.Liu，J.Xu，W.Xiao，H.Li和X.Li，High Ener.Phys.& Nuc.Phys.29S，106-108，2005.)。在过去已知的BeO数据中，仅报道过一种BeO的立方相，其晶格常数a＝3.796(W.Gerlach，Z.Phys.，9，184，1922.)。在该报道中，BeO的晶体结构被确定为面心立方(FCC)结构(也称之为“新相”)。