本书为“低维材料与器件丛书”之一。全书主要介绍从零维到二维的含有sp3杂化结构的碳质材料，包括本征非晶金刚石薄膜、掺杂非晶金刚石薄膜、纳米晶金刚石材料的制备方法、性能表征及其在光电器件方面的应用等内容。不仅简要介绍了低维度金刚石发展概况，而且详细介绍了在低维度金刚石中具有代表性的纳米金刚石及非晶金刚石的制备及表征方法，最后还分别阐释了纳米金刚石和非晶金刚石在声波增频、光伏发电、电化分析等光电器件领域的创新性成果。内容涵盖了典型低维度金刚石的合成手段、性能检测、器件应用、技术难点、最新成果及发展趋势。
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总序
前言
第1章 低维度金刚石概述 1
1.1 非晶金刚石薄膜 1
1.1.1 类金刚石简介 1
1.1.2 非晶金刚石概述 3
1.1.3 非晶金刚石性能及应用 4
1.2 纳米金刚石 6
1.2.1 金刚石简介 6
1.2.2 纳米金刚石概述 7
1.2.3 纳米金刚石性质及应用 7
参考文献 10
第2章 非晶金刚石薄膜的制备及力学性能 12
2.1 非晶金刚石薄膜的制备方法 12
2.1.1 离子束辅助沉积 12
2.1.2 质量选择离子束沉积 12
2.1.3 脉冲激光熔敷 13
2.1.4 过滤阴极真空电弧沉积 13
2.2 非晶金刚石薄膜的沉积机制 13
2.2.1 薄膜横截面层状密度分布 14
2.2.2 非晶金刚石薄膜的结构模型 18
2.2.3 薄膜的表面形态 21
2.2.4 薄膜的表面成分 23
2.3 非晶金刚石薄膜的热稳定性 24
2.3.1 空气环境中薄膜的热稳定性 25
2.3.2 真空环境中薄膜的热稳定性 29
2.4 多层非晶金刚石薄膜的结构与应力分析 33
2.4.1 多层膜的应力理论 34
2.4.2 多层非晶金刚石薄膜的微结构 35
2.4.3 多层非晶金刚石薄膜的应力分析 39
2.5 多层非晶金刚石薄膜的机械性能研究 41
2.5.1 硬度与杨氏模量 42
2.5.2 断裂性能 44
2.5.3 耐划擦与附着性能 47
2.5.4 子膜层厚度对多层膜机械性能的影响 50
2.6 小结 57
参考文献 57
第3章 纳米金刚石晶体 62
3.1 纳米金刚石简介 63
3.1.1 纳米金刚石的分类 63
3.1.2 纳米金刚石的稳定性 65
3.2 纳米金刚石的制备 66
3.2.1 纳米金刚石颗粒的制备 67
3.2.2 超纳米金刚石薄膜的制备 70
3.3 纳米金刚石的表征 72
3.3.1 X 射线衍射 72
3.3.2 拉曼散射 73
3.3.3 高分辨透射电子显微镜 73
3.3.4 可见光和远红外光谱 74
3.3.5 电子能量损失能谱 74
3.4 纳米金刚石的应用 74
3.4.1 超纳米金刚石在微机电系统中的应用 75
3.4.2 n 型超纳米金刚石薄膜的应用 81
3.4.3 碳纳米管/超纳米金刚石复合物作为潜在的高效率高温热电材料 84
3.5 前景与展望 86
参考文献 87
第4章 非晶金刚石薄膜太阳电池 93
4.1 掺硼非晶金刚石的制备 94
4.2 掺硼非晶金刚石的结构特征 96
4.2.1 组分分析 96
4.2.2 表面形貌 98
4.2.3 原子结构 99
4.2.4 价带结构 109
4.2.5 组态分析 112
4.3 掺硼非晶金刚石的力学性能及热稳定性 115
4.3.1 薄膜应力 115
4.3.2 薄膜密度 117
4.3.3 硬度和杨氏模量 120
4.3.4 热稳定性 122
4.4 掺硼非晶金刚石的光电性能 127
4.4.1 光学性能 127
4.4.2 电学性能 133
4.5 非晶金刚石薄膜的光伏应用 137
4.5.1 电池制备工艺流程 137
4.5.2 掺硼非晶金刚石为窗口层的非晶硅太阳电池性能 138
4.6 小结 147
参考文献 147
第5章 非晶金刚石生物电极 152
5.1 掺磷非晶金刚石概述 153
5.1.1 掺磷非晶金刚石的研究进展 153
5.1.2 掺磷非晶金刚石的制备工艺 155
5.1.3 掺磷非晶金刚石的实验表征 158
5.2 掺磷非晶金刚石的结构和力学性能 160
5.2.1 掺磷非晶金刚石的结构 160
5.2.2 掺磷非晶金刚石的机械性能及应力 174
5.3 掺磷非晶金刚石的电学和电化学性能 178
5.3.1 掺磷非晶金刚石的电学性能 178
5.3.2 掺磷非晶金刚石的电化学性能 183
5.4 掺磷非晶金刚石的生物相容性及耐腐蚀行为 192
5.4.1 掺磷非晶金刚石的生物相容性 192
5.4.2 掺磷非晶金刚石的耐腐蚀行为 200
5.5 掺磷非晶金刚石的表面金纳米粒子修饰 203
5.5.1 金纳米粒子的电化学沉积 203
5.5.2 金纳米粒子的成核机理 207
5.5.3 金纳米粒子修饰的掺磷非晶金刚石电极的电化学行为 210
5.6 掺磷非晶金刚石为生物电极材料的研究 211
5.6.1 对重金属离子的检测 211
5.6.2 对过氧化氢的检测 213
5.6.3 对多巴胺的检测 217
5.7 小结 222
参考文献 222
第6章 非晶金刚石的声波器件应用 227
6.1 非晶金刚石用作体声波器件的高声阻抗材料 227
6.1.1 固贴式体声波器件仿真分析 228
6.1.2 布拉格反射栅的制备及表征 237
6.1.3 固贴式体声波器件压电堆的制备及表征 245
6.2 非晶金刚石用作表面波器件的增频衬底 277
6.2.1 层状结构中的声表面波特性研究 278
6.2.2 非晶金刚石对声表面波的增频作用 281
6.3 小结 283
参考文献 283
第7章 金刚石色心：性质、合成及应用 287
7.1 金刚石色心缺陷简介 287
7.2 NV色心 289
7.2.1 NV色心光谱 290
7.2.2 NV色心能级结构 291
7.2.3 NV色心自旋特性及调控方法 291
7.3 硅相关的色心 295
7.3.1 离子注入获得金刚石SiV 色心 296
7.3.2 纳米金刚石SiV 色心 297
7.4 其他金刚石色心 299
7.4.1 镍相关的色心 299
7.4.2 铬相关的色心 300
7.4.3 锗相关的色心 300
7.5 金刚石荧光特性及应用 304
7.5.1 金刚石荧光光谱特性 304
7.5.2 荧光纳米金刚石合成 306
7.5.3 细胞荧光成像 309
7.5.4 癌症诊断与治疗 311
7.5.5 亚衍射成像 312
7.5.6 量子信息处理 313
7.6 挑战与展望 315
参考文献 316
关键词索引 321
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