[发明专利]超硬半导体性非晶碳块体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超硬半导体性非晶碳块体材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)将C₆₀富勒烯预制成柱状坯体；(2)将得到的柱状坯体装入六方氮化硼坩埚中，再装入高温高压组装块中；(3)将组装块置于高温高压合成设备中进行高温高压处理；(4)处理完成后得到超硬半导体性非晶碳块体材料。上述超硬半导体性非晶碳块体材料制备方法，以C₆₀富勒烯粉末为原料，利用高温高压试验，通过调控温度与压力之间的关系，探索了C₆₀富勒烯在高压下的相变行为，合成了具有高硬或超高硬度、致密的、半导体性质的非晶碳块体材料，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及新型碳材料技术领域，特别是涉及一种超硬半导体性非晶碳块体材料及其制备方法。

背景技术

非晶作为物质的一种基本形态，其微观组织结构呈现出短程有序而长程无序的特征，具有与晶体材料不同的物理、化学性质，在结构材料和功能材料等领域有着重要的应用。例如，块状金属玻璃(BMG)，其强度比相应的晶态金属高几倍，并且具有良好的延展性和耐腐蚀性，被广泛应用于磁传感器、记录磁头、磁屏蔽材料等；非晶硅(a-Si:H)薄膜，具有～1.7eV的光学带隙，是太阳能电池中最常用的光伏半导体。并且“探索新型非晶材料及其本质”，被Science评为全世界最前沿的125个科学问题之一。

非晶碳是一类无序的碳形式，包括类石墨和类金刚石的碳，其性质与内部sp²和sp³键的不同结合形式紧密相关。类石墨碳是由单层或多层石墨烯片的无序堆叠和排列而成，具有高的可压缩性、柔韧性和导电性。而类金刚石碳(DLC)膜是一种富sp³键的亚稳态材料，并随着内部sp³含量的增加，表现出高硬或超硬的特性。例如，无氢四面体非晶碳(ta-C)膜的硬度高于氢化非晶碳(a-C:H)膜或非氢化非晶碳(a-C)膜。这种非晶碳膜具有高硬度、化学惰性、良好的光学性能以及优秀的摩擦学特性，已被广泛用作光学窗口、磁存储盘、微电子器件等材料的保护涂层。但是，这些非晶碳膜都是通过各种沉积技术制备而来，沉积过程往往会产生高达6-8GPa的内应力，导致了薄膜与基体之间弱的吸附性并限制了薄膜的厚度，从而限制了其应用领域。