一種利用人體頭發(fā)為碳源合成金剛石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波等離子體化學(xué)氣相沉積及金剛石合成領(lǐng)域，特別是一種利用人體頭發(fā)為碳源合成金剛石的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頭發(fā)是由蛋白質(zhì)組成，含有碳、氫、氧、氮及少量的硫，有的還含有微量磷、鐵、鋅、鉬等元素，能夠提供制備金剛石的碳源。目前利用人體頭發(fā)作為碳源合成金剛石主要采用的是高溫高壓制備金剛石的方法，該方法是將頭發(fā)在無(wú)氧條件下碳化后得到碳粉，再和金屬觸媒混合后放入壓機(jī)在高溫高壓條件下合成金剛石。高溫高壓制備的金剛石晶體的純度不高，并且它的大小很難做大。微波等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)合成金剛石通常采用甲烷、二氧化碳、一氧化碳等氣體為碳源，氫氣作為稀釋氣體，工作氣壓較低，溫度較低，對(duì)設(shè)備的要求不高。等離子體化學(xué)氣相沉積法制備的金剛石可以是多晶膜，也可利用單晶金剛石作為種晶同質(zhì)外延生長(zhǎng)單晶金剛石。微波等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)合成金剛石的碳源為氣態(tài)源，而頭發(fā)為固態(tài)碳源。
[0003]尚無(wú)利用人體頭發(fā)作為碳源采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)合成金剛石，將人體頭發(fā)中的碳轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆椒ā?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種利用人體頭發(fā)為碳源合成金剛石的方法，該方法采用微波等離子體化學(xué)氣相合成金剛石，能夠?qū)⑷梭w頭發(fā)中的碳轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?br>[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案:
一種利用人體頭發(fā)為碳源合成金剛石的方法，其特征在于包括如下步驟:
第一步，將人體頭發(fā)粉碎后擠壓成人體頭發(fā)細(xì)棒，細(xì)棒的直徑為0.5-1.5mm，長(zhǎng)度無(wú)要求；
第二步，人體頭發(fā)細(xì)棒置于電弧陽(yáng)極中，電弧陽(yáng)極為中空形狀；氫氣從氫氣瓶通入放置于金屬腔室(直流電弧放電室)內(nèi)的電弧陰極中；利用電弧放電將通入氫氣變成氫等離子體，使人體頭發(fā)細(xì)棒(或稱人體頭發(fā)電極)氣化轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w混合物(含碳?xì)浠衔铩⒌獨(dú)浠衔?、硫化物、水汽等成?，氣化的工藝條件:氫氣流量為450~600ml/min，氣壓7kPa-100kPa,電壓范圍為30~150V，放電電流為50~120A，電弧陽(yáng)極與電弧陰極的距離為l~5mm，人體頭發(fā)細(xì)棒(或稱人體頭發(fā)電極)被推進(jìn)的速度為l~2mm/s ；
第三步，利用氣體純化裝置(或稱氣體純化設(shè)備)將氣體混合物中的氮?dú)浠?、硫化物、水汽等雜質(zhì)氣體去掉，得到體積純度為99.999%的碳?xì)浠衔餁怏w；
第四步，利用所述碳?xì)浠衔餁怏w和高純氫氣(體積純度為99.999%)的混合氣體為原料(碳?xì)浠衔餁怏w、高純氫氣的體積配比為1:10_200)，采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積方法在天然金剛石襯底上同質(zhì)外延生長(zhǎng)金剛石，得到樣品；
第五步，采用激光切除樣品中的天然金剛石，得到由人體頭發(fā)為碳源制備的金剛石。
[0006]本發(fā)明以人體頭發(fā)為碳源利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積方法同質(zhì)外延生長(zhǎng)金剛石的方法，該方法是:首先利用氫等離子體將人體頭發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)楹細(xì)浠衔?、氮?dú)浠衔铩⒘蚧?、水汽等成分的氣體混合物(人體頭發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)混合物的氣化方式是直流電弧放電產(chǎn)生氫等離子體)，再利用氣體純化裝置將氣體混合物中的氮?dú)浠?、硫化物、水汽等雜質(zhì)氣體去掉，得到純度為99.999%的碳?xì)浠衔餁怏w。該碳?xì)浠衔餁怏w經(jīng)純度為99.999%的氫氣稀釋后作為微波等離子體化學(xué)氣相沉積方法同質(zhì)外延生長(zhǎng)單晶金剛石的工作氣體，從而在天然單晶金剛石襯底上得到由人體頭發(fā)為碳源合成的金剛石。
[0007]將體積純度為99.999%的碳?xì)浠衔餁怏w通過(guò)增壓栗灌入鋼瓶，將灌入鋼瓶的體積純度為99.999%的碳?xì)浠衔餁怏w經(jīng)體積純度為99.999%的氫氣稀釋后作為微波等離子體化學(xué)氣相沉積方法同質(zhì)外延生長(zhǎng)單晶金剛石的工作氣體。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:該方法采用微波等離子體化學(xué)氣相合成金剛石，能夠?qū)⑷梭w頭發(fā)中的碳轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?br>【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明人體頭發(fā)氣化、純化及收集裝置的示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明實(shí)施例制備的金剛石的Raman光譜圖。
[0011]圖1中:1、氫氣瓶；2、流量控制器；3、金屬腔室；4、直流電源；5、人體頭發(fā)細(xì)棒；6、高壓陰極；7、電弧等離子體；8、高壓陽(yáng)極；9、氣體純化裝置；10 ;氣體增壓栗；11、氣體鋼瓶。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限定本發(fā)明。
[0013]實(shí)施例1
一種利用人體頭發(fā)為碳源合成金剛石的方法(是一種利用人體頭發(fā)碳源，采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積同質(zhì)外延生長(zhǎng)金剛石的方法)，包括如下步驟:
第一步，將人體頭發(fā)粉碎后擠壓成1mm的人體頭發(fā)細(xì)棒5。
[0014]第二步，人體頭發(fā)細(xì)棒置于電弧陽(yáng)極8中，電弧陽(yáng)極8為中空形狀。圖1中標(biāo)號(hào)1為氫氣瓶(高純氫氣鋼瓶，裝有體積純度為99.999%的氫氣)，通過(guò)流量控制器2將氫氣(體積純度為99.999%的氫氣)從氫氣瓶通入放置于金屬腔室(直流電弧放電室)3內(nèi)的高壓陰極(電弧陰極)6中，調(diào)整直流電弧放電室氣壓為80kPa，直流電弧放電電壓為120v，放電電流為80A，氫氣流量為500ml/min，電弧陽(yáng)極與電弧陰極的距離為3mm，人體頭發(fā)細(xì)棒(人體頭發(fā)電極)被推進(jìn)的速度為1.5mm/s。在放電的過(guò)程中保持電弧室動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，高純氫氣的進(jìn)氣速率為500ml/min。通過(guò)直流電源(直流高壓電源)4在兩電弧電極之間產(chǎn)生直流電弧氫等離子體，利用氫等離子體將人體頭發(fā)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，使人體頭發(fā)細(xì)棒(或稱人體頭發(fā)電極)氣化轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w混合物(含碳?xì)浠衔?、氮?dú)浠衔?、硫化物、水汽等成?。
[0015]第三步，氣化得到的混合氣體通入氣體純化裝置9，去除氮?dú)浠衔?、水、硫化物等雜質(zhì)氣體，得到碳?xì)浠衔锖窟_(dá)到99.999% (體積)的高純氣體，再將氣體通過(guò)增壓栗(氣體增壓