采用第一性原理分子模擬計算方法對氫、氧原子刻蝕石墨相的過程進(jìn)行分子動力學(xué)仿真,分析了2種原子在石墨相上的吸附過程及刻蝕反應(yīng)的反應(yīng)熱和反應(yīng)能壘。結(jié)果表明:氧原子在石墨相表面的吸附能強(qiáng)于氫原子吸附能,同時氧原子的化學(xué)反應(yīng)活性大于氫原子的,更容易在石墨結(jié)構(gòu)表面發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng);氫原子促使石墨相表面的C—C鍵斷裂需要兩步反應(yīng),而氧原子則只需要一步反應(yīng),氫原子刻蝕石墨相的反應(yīng)能壘比氧原子的高,所需能量更多。同時,通入含氧氣源可以有效降低CVD金剛石涂層的沉積溫度,提高金剛石涂層的質(zhì)量。

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圖1 石墨相分子結(jié)構(gòu)模型建模過程

石墨相分子結(jié)構(gòu)建模過程如圖1所示:首先建立石墨的單晶胞模型(優(yōu)化后的晶格常數(shù)為0.246nm,與試驗值0.246nm[10]相符);其次切取并建立2×2(001)面石墨相超晶胞模型,其沿著坐標(biāo)軸方向的尺寸為0.492nm×0.492nm。為簡化計算量,在本計算工作中采....

圖2 石墨相分子結(jié)構(gòu)模型

圖1石墨相分子結(jié)構(gòu)模型建模過程氫原子進(jìn)行刻蝕時,第一步反應(yīng)中游離的氫原子吸附到石墨表面并與表面的碳原子成鍵,同時不破壞任何C—C鍵;第二步反應(yīng)中另一個氫原子吸附到同一個碳原子上形成二氫化物,同時C—C鍵斷裂,石墨結(jié)構(gòu)逐漸被刻蝕破壞。氧原子刻蝕時,游離氧原子吸附到石墨表面并與表面....

圖3 氫原子刻蝕石墨相第一步反應(yīng)

氫原子進(jìn)行刻蝕時,第一步反應(yīng)中游離的氫原子吸附到石墨表面并與表面的碳原子成鍵,同時不破壞任何C—C鍵;第二步反應(yīng)中另一個氫原子吸附到同一個碳原子上形成二氫化物,同時C—C鍵斷裂,石墨結(jié)構(gòu)逐漸被刻蝕破壞。氧原子刻蝕時,游離氧原子吸附到石墨表面并與表面的碳原子成鍵,同時C—C鍵斷裂,....

圖4 氫原子刻蝕石墨相第二步反應(yīng)

圖3氫原子刻蝕石墨相第一步反應(yīng)圖5氧原子刻蝕石墨相第一步反應(yīng)

本文編號：4034320