ナノダイヤモンド粒子の表面化学修飾と特異な界面電子・磁気現象の発現

纳米金刚石颗粒的表面化学修饰及独特界面电子和磁现象的表现

• 批准号: 18655053
• 负责人: 榎 敏明
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18655053/
• 关键词: ナノダイヤモンド; 表面最構成; ダングリングボンド; 表面水素終端; 反強磁性; 水熱処理; 磁性; 構造揺らぎ; 表面再構成

大きさ5nmのナノダイヤモンド粒子を水熱合成用オートクレーブ中で超臨界水処理を行い、表面に存在する無定形グラファイト形炭素を溶解し、表面水素終端を行った。実験条件は650℃、100MPa、また、中性水、NaOH塩基性水を用い、Zn触媒の効果も検討した。その結果、中性条件下では水素終端された表面炭素原子の数は超臨界水処理時間の増加にしたがって増加するが、40時間を越えると水素終端炭素数は減少に転じることが明らかとなった。X線回折、X線小角散乱の実験結果からは、処理時間の増加に従って、表面グラファイト層の消滅が示唆された。また、磁化率から求めた表面に存在する局在スピン濃度は、処理時間の増加にしたがって増加し、40時間以降においては不連続的に減少することが見出された。このような構造、磁性の処理時間依存性から、処理時間の短い条件では、グラファイト表面層の溶解に伴い、むき出しになったダイヤモンド表面炭素原子が水素終端されると同時に、水素終端されない表面炭素原子が欠陥として残り、これがダングリングボンドの局在スピンを持つものと理解される。40時間以上の処理では、表面の構造不安定性により、構造再配列が起こり、結果として、表面炭素原子はπ結合で覆われるものと思われる。表面に存在する欠陥はダングリングボンド・クラスター構造を有し、その局在スピンは強い反強磁性相互作用でスピン揺らぎを起こしているものと思われる。塩基性水溶液中あるいはZn触媒下での処理では水素終端は大きく促進されることが明らかとなった。

在水热合成高压釜中用超临界水处理尺寸为 5 nm 的纳米金刚石颗粒，以溶解表面上存在的无定形石墨碳并用氢终止表面。实验条件为650℃、100MPa，采用中性水和NaOH碱性水考察Zn催化剂的效果。结果表明，在中性条件下，随着超临界水处理时间的增加，表面氢封端碳原子的数量增加，但40小时后，氢封端碳原子的数量开始减少。 X射线衍射和小角X射线散射实验结果表明，随着处理时间的增加，表面石墨层消失。此外，发现由磁化率确定的表面上存在的局部自旋浓度随着处理时间的增加而增加，并且在40小时后不连续地减少。由于这种结构和磁性的加工时间依赖性，在短加工时间条件下，随着石墨表面层的溶解，暴露的金刚石表面碳原子被氢封端，同时非氢封端的表面碳原子被氢封端。氢封端仍然是一种缺陷，被认为具有悬空键的局部自旋。当处理超过40小时时，表面的结构不稳定会导致结构重排，因此表面碳原子被认为被π键覆盖。表面上存在的缺陷具有悬挂键簇结构，并且它们的局部自旋被认为由于强反铁磁相互作用而引起自旋波动。结果表明，当在碱性水溶液中或在锌催化剂下处理时，大大促进了氢终止。

项目成果

Defects localization and nature in bulk and thin film ultrananocrystalline diamond

块状和薄膜超纳米晶金刚石的缺陷定位和性质

• 发表时间: 2007
• 期刊: Diamond and Related Materials 162
• 作者: Alex I. Shames;et. al.
• 通讯作者: et. al.

Magnetic and high resolusion TEM studies of nanographite derived from nanodiamond

源自纳米金刚石的纳米石墨的磁性和高分辨率 TEM 研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Carbon 44
• 作者: Toshiaki Enoki;et. al.;M.V.Baidakova et al.;V.Yu.Osipov et al.
• 通讯作者: V.Yu.Osipov et al.

Magnetic Deffects in Pristine and Hydrogen-Terminated Nanodiamonds

原始纳米金刚石和氢封端纳米金刚石中的磁缺陷

• 发表时间: 2006
• 期刊: Nano-electronic Semiconductor Devices (Editor : Evgeni Gusev) (Nato Advanced Research Workshop) (Nato Sci. Ser.) 220
• 作者: Toshiaki Enoki;et. al.;M.V.Baidakova et al.;V.Yu.Osipov et al.;V.Yu.Osipov et al.;V.Yu.Osipov et al.
• 通讯作者: V.Yu.Osipov et al.

Structure and Electronic Properties of Surface/Edges of Nanodiamond and Nanographite

纳米金刚石和纳米石墨表面/边缘的结构和电子性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: Diamond & Related Materials 16(12)
• 作者: Toshiaki Enoki;et. al.
• 通讯作者: et. al.

Magnetic properties of hydrogenated and fluorinated surface layer of diamond nanoparticle

金刚石纳米颗粒氢化氟化表层的磁性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: Multifunctional Conducting Molecular Materials
• 作者: M. V. Baidakova;et. al.
• 通讯作者: et. al.