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电子级单晶金刚石是一种以金刚石为主要材料制成的电极。它主要利用了金刚石的一些特殊物理和化学性质来实现电化学反应。通常是在导电的金刚石薄膜或者块状金刚石材料表面发生氧化还原反应,从而实现对目标物质的检测、处理或者能量转换等功能。
材料特性与优势
- 化学稳定性高:金刚石具有非常好的化学稳定性,能够抵抗强酸、强碱以及大多数有机溶剂的腐蚀。例如,在一些电化学废水处理过程中,面对含有各种强腐蚀性化学物质的污水,金刚石电极可以稳定地工作,而传统的金属电极可能会被腐蚀,从而影响处理效果。
- 宽电位窗口:与传统电极材料(如石墨、贵金属等)相比,金刚石电有更宽的电位窗口。这意味着在更广泛的电压范围内,金刚石电极可以进行电化学反应而不会发生电极自身的氧化或还原反应。在电化学合成和电化学分析领域,这种宽电位窗口可以提供更多的反应选择性,能够用于一些需要在高电位或者低电位下进行的特殊反应。
- 低背景电流:金刚石电极在没有目标反应发生时,背景电流很小。这使得在电化学检测过程中,信号 - 噪声比更高。例如,在检测微量的生物分子或者环境污染物时,低背景电流可以更灵敏地检测到目标物质产生的微弱电流信号,提高检测的准确性。
制备方法
- 化学气相沉积法(CVD):这是目前制备金刚石电极的主要方法之一。在高温和适当的反应气体(通常是含碳气体,如甲烷)环境下,通过等离子体增强或者热丝辅助等方式,使碳原子在基底材料(如硅片、金属片等)表面沉积形成金刚石薄膜。这种方法可以精确控制金刚石薄膜的厚度、纯度和导电性等性质,从而制备出满足不同应用需求的金刚石电极。
- 高温高压合成法:模拟天然金刚石的形成条件,在高温(一般大于1000℃)和高压(大于5GPa)环境下,使石墨等碳源转化为金刚石。然后对合成的金刚石进行加工,制成电极。不过这种方法成本较高,而且对于电极形状等的精细控制相对困难。
应用领域
- 电化学分析领域:用于检测各种离子和生物分子。比如在检测血液中的葡萄糖含量时,金刚石电极可以作为传感器电极,利用葡萄糖在电极表面的氧化反应产生的电流信号来确定葡萄糖的浓度。还可以用于环境监测,检测水中的重金属离子等有害物质。
- 电化学合成领域:在有机合成中,金刚石电极可以作为阳极或者阴极,参与氧化还原反应,合成一些特殊的有机化合物。例如,在电催化合成某些药物中间体的过程中,金刚石电极可以提供合适的反应电位和反应环境,提高合成效率。
- 废水处理领域:利用金刚石电极的氧化性能,通过电化学氧化反应降解废水中的有机污染物。在处理印染废水、制药废水等含有难降解有机物的污水时,金刚石电极可以有效地将有机物氧化分解为二氧化碳和水等无害物质。
产品说明
我们的电子级单晶金刚石在近红外和远红外波段的光学透过率达到接近71%的理论极限值。CVD金刚石具有导热系数(1800 W/mK),有广泛的应用。在高功率应用方面,其中之一可用作千兆瓦微波管的窗口和60kWCO2激光器的窗口。
光学性质 | 数值 |
折射率 | 2.417 |
色散 | 0.044 |
光吸收 | < 0.04 cm-1 (10.6 μm) |
电性质 | 数值 |
电阻率 | >1014 ohm-cm |
介电强度 | 107 V/cm |