高温氧化协同原位掺硼提升金刚石薄膜的亲水性

用H_(2)、CH_(4)和B_(2)H_(6)气体作为气源,采用热丝化学气相沉积技术在单晶硅衬底上分别制备纯金刚石膜和含硼金刚石薄膜,然后在600~800℃高温氧化。通过扫描电镜、拉曼光谱及X射线衍射仪对金刚石膜层的形貌和成分进行表征,用常温接触角测试仪对其亲水性进行表征,研究高温氧化协同原位掺硼对金刚石薄膜亲水性的影响。结果表明,随高温氧化温度升高,膜层逐渐被刻蚀至出现微孔形貌,其中纯金刚石膜层在700℃下氧化后,接触角从68.1°降低至21.5°,膜层亲水性提高。随掺硼浓度提高,微孔逐渐消失,在V(H2):V(CH_(4)):V(B_(2)H_(6))=97:3:0.4条件下制备的掺硼金刚石膜,并在800℃氧化处理后,具有最小接触角14.1°。在原位掺硼和高温氧化的协同作用下,膜层成分发生改变,同时金刚石完美构型出现缺陷,微孔形貌使金刚石膜层的表面能增大,从而有效提高金刚石薄膜的亲水性。

泡沫铜表面改性对化学气相沉积高质量泡沫金刚石的影响

目的选择合适的过渡层材料改善三维连通泡沫铜衬底与金刚石之间的结合性,制备出三维连通结构的泡沫金刚石。方法选择三维连通的泡沫铜作为衬底,使用磁控溅射技术在其表面沉积Ti、Cr过渡层,然后通过热丝化学气相沉积技术(HFCVD)在表面改性后的泡沫铜衬底上沉积金刚石涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、拉曼光谱仪及红外热成像仪等仪器,对样品的表面/截面形貌、成分结构及热扩散性能进行检测与分析。结果经过Ti、Cr过渡层改性后,泡沫铜表面均能沉积出连续致密的高质量金刚石涂层,在相同的CVD沉积参数下,Cr过渡层泡沫金刚石(Cu-Cr/Dia)的晶粒尺寸更大(~5μm),晶粒质量更高,且膜层厚度大于Ti过渡层泡沫金刚石(Cu-Ti/Dia),Cu-Ti/Dia与铜衬底的结合性要优于Cu-Cr/Dia。Cu-Cr/Dia和Cu-Ti/Dia的热扩散性能均优于泡沫铜,其中Cu-Cr/Dia的热扩散能力略高于Cu-Ti/Dia。结论镀覆Ti、Cr过渡层有效增强了金刚石与泡沫铜衬底之间的界面结合,成功制备了三维连通结构的泡沫金刚石。

孔隙密度对化学气相沉积泡沫金刚石导热性能的影响

选择不同孔隙密度的泡沫铜为沉积衬底,通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)技术在其表面沉积连续金刚石膜,借助有限元模拟阐释泡沫骨架的孔隙密度对金刚石膜整体传热效果的影响,并通过扫描电镜、拉曼光谱及红外热成像仪等对不同孔隙密度的泡沫金刚石微观形貌、膜层成分以及热扩散性能进行对比与分析。结果表明:高孔隙密度泡沫衬底更有利于热量传递,但其极小的泡沫孔径会限制自由基在孔隙内部流动,CVD沉积的金刚石晶粒尺寸明显减小,仅有2~3μm,晶粒质量也略逊于中、低孔隙密度样品的。在相同加热时间内的红外热成像中,中孔隙密度泡沫金刚石的表面升温速率相比低、高孔隙密度样品的升温速率分别提升43.4%与12.7%。综上所述,兼具良好三维连通特性与优异金刚石质量的中孔隙密度泡沫金刚石表现出更为优异的导热性能,是更理想的导热增强体选择。