碳氮膜的研究进展

简要回顾了碳氮膜的发展历史，综述了碳氮膜研究的最新进展，并对这类膜的发展前景进行了展望。

碳氮膜的红外光谱特性分析

用射频直流磁控溅射法在硅、石英基片上制备碳氮膜 ;采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术 ,对基片上的碳氮膜进行红外光吸收谱测量 ,发现所制备的膜中有 β相的C3N4;用硬度计测量镀膜后的硬度 ,均比镀膜前有所增强 ;对所制备的膜进行热处理 ,结果发现热处理前膜的红外吸收谱与热处理后的红外吸收谱相比没有变化 ,说明膜的热稳定性较好 。

等离子体技术在碳氮膜制备中的应用

β-C3N4是Cohen等人从理论上预言的一种可能比金刚石更硬的物质,含有β-C3N4的碳氮膜具有优异的电学、光学和机械特性,在很多领域有应用前景。人们已经应用多种方法进行碳氮膜的制备。本文将对等离子体技术在碳氮膜制备中的应用进行综述,并在成膜速率、成膜质量等方面,对以往工作成果进行论述;最后将讨论沉积过程中几个参量对碳氮膜沉积速率、膜结构等的影响。

直流热阴极PCVD法间歇生长模式制备碳氮膜

采用直流热阴极等离子体化学气相沉积(PCVD)法间歇生长模式,在(100)硅片上、CH_4+N_2+H_2气氛下生长了氮化碳薄膜。薄膜样品用XRD、SEM和Raman光谱仪进行了表征,其中XRD图谱显示,碳氮膜主要由β-C_3N_4晶相组成。实验表明,采用直流热阴极PCVD间歇生长工艺,并提供类似晶格结构作为生成C-N键的诱导,可以制备出具有β-C_3N_4晶相的纳米碳氮膜。

真空阴极电弧沉积碳氮膜的研究

以氮气为反应气体 ,用真空阴极电弧沉积法沉积了CNx膜 ,并利用金相显微镜、Auger电子谱仪、FTIR及XRD对其进了分析。结果表明 :真空阴极电弧沉积法可以制备含N量高。

偏压对MCECR溅射碳氮膜特性的影响

用封闭式电子回旋共振(MCECR)等离子体溅射的方法在硅(100)基片上沉积了碳氮膜(CNx),膜层厚度约80 nm.采用Ar/N2等离子体溅射纯石墨靶,研究了基片偏压对CNx膜机械特性和微观结构的影响,详细分析了基片偏压对CNx膜性能影响的机理.实验结果表明,当基片偏压为+30 V时,CNx膜层性能良好,硬度约为31.48 Gpa,摩擦系数约为0.14,磨损率为6.75×10-15m3/m,系数x接近于4/3.

碳氮膜涂层刀具干切削性能的试验研究

通过用碳氮膜涂层刀具对含硅量不同的硅铝合金进行干切削试验,研究了氮化碳涂层刀具的切削性能。

碳氮膜涂层刀具干式切削硅铝合金的试验研究

用碳氮膜涂层刀具对硅铝合金棒进行了干式切削试验,通过对加工表面粗糙度和刀具耐用度的研究,探讨其切削性能。

碳氮膜的沉积工艺及结构研究

以氨气为反应气体,用真空阴极电弧沉积法制备了CN_x膜,对工艺参数对膜层的沉积速率、化学成份的影响及膜层结合状态进行了研究。结果表明:沉积速率随着氨气分压的提高而下降,当氨气分压达到6.7Pa时将没有膜的沉积;CN_x膜主要由碳和氮组成,降低真空系统的抽速、将反应气体导至靶面附近、提高氨气分压可以提高膜层中氮含量;氮是以化合态存在于膜层中。

类金刚石膜和不同氮含量碳氮膜的血液相容性比较

室温条件下,采用直流磁控溅射方法在单晶Si表面沉积碳氮(CNx)和类金刚石(DLC)薄膜,并通过改变氮气分压合成出不同氮含量的CNx薄膜.俄歇电子能谱(AES)结果显示,两种CNx膜中氮和碳含量的原子百分比分别为0.12和0.22.原子力显微镜(AFM)观察发现,CNx薄膜表面粗糙度小于DLC薄膜,且含氮量越高,CNx膜表面越光滑.3种材料的体外血液接触实验表明,CNx膜的血液相容性整体优于DLC薄膜,并且氮和碳含量的原子百分比为0.22的CNx膜的血液相容性最好,它比含氮量低的CNx膜表现出更长的动态凝血时间(42min)、静态凝血时间(23.6min)、覆钙时间(45.6s)和更低的血小板黏附量(102细胞/μm2).结果表明,加入N元素有利于提高碳薄膜的血液相容性.

掺氮氟非晶碳膜场发射电流重复性及F-N曲线研究

采用射频等离子体化学增强型气相沉积(rF-PECVD)法沉积了掺氮氟化非晶碳膜.研究了不同射频功率下薄膜样品表面形貌及I-U特性,比较了试样I-U曲线的对称性及零点漂移;分析了直接沉积及硅陈列沉积下膜场发射电流的重复稳定性的差异;研究了不同掺氮流量比下沉积薄膜的Fower-Nord-heim曲线.研究结果表明,氮氟化非晶碳膜是良好的冷阴极发射材料.射频功率的提升,有利于薄膜质量和性能改善;硅陈列沉积FN-DLC膜场测试的场发射电流的重复性能较直接沉积的更加稳定优良;F-N曲线基本为直线,掺氮氟化非晶碳膜的场发射为冷阴极发射,逸出功随着含氮量的升高而增大.

磁过滤弧沉积合成生物医用掺氮无定型碳膜

用磁过滤孤沉积(FVAD)技术在Si(100)上合成了掺氮无定型碳膜,Raman散射光谱和XPS测试获得的N1s能谱用来分析掺氮碳膜的结构特点.所得薄膜具有一定的疏水性.体外血小板黏附试验表明,掺氮无定型碳膜的血小板粘附量较之NiTi和316L黏附的要少,且伪足少.

液相法制备掺氮碳膜的实验研究

在低温和常压下，通过电解甲醇和氨水混合溶液，在硅基片上进行沉积掺氮碳膜的尝试，得到了含氮8％的类金刚石薄膜。通过拉曼光谱和X光电子能谱对样品的测试表明：碳和氨在薄膜中是以SP2和SP3进行化学成键的。本文还提出了液相掺氮碳膜生长的化学机制。

类石墨烯碳氮分离膜氢气提纯特性的机理研究

氢气作为一种可再生、高效的清洁能源,在工业生产中必须保证纯度。膜分离技术是一种有效的手段。本工作采用密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了一种新型的类石墨烯碳氮(C9N4)分离膜对于H2的分离提纯性能。密度泛函理论计算结果显示气体在C9N4分离膜上的吸附属于物理吸附。C9N4分离膜表现出极高的H2渗透率和优异的选择性,300 K下H2渗透率达到1.89×10–5 mol∙m–2∙s–1∙Pa–1,H2/CH4的选择性达到1024。分子动力学模拟的结果也显示C9N4分离膜具有良好的H2分离特性。

超硬材料薄膜涂层研究进展及应用

CVD和PVDTiN ,TiC ,TiCN ,TiAlN等硬质薄膜涂层材料已经在工具、模具、装饰等行业得到日益广泛的应用 ,但仍然不能满足许多难加工材料 ,如高硅铝合金 ,各种有色金属及其合金 ,工程塑料 ,非金属材料 ,陶瓷 ,复合材料 (特别是金属基和陶瓷基复合材料 )等加工要求。正是这种客观需求导致了诸如金刚石膜、立方氮化硼 (c-BN )和碳氮膜 (CNx)以及纳米复合膜等新型超硬薄膜材料的研究进展。本文对这些超硬材料薄膜的研究现状及工业化应用前景进行了简要的介绍和评述。

电荷与应变协同调控g-C_(9)N_(7)膜对CO_(2)吸附和渗透特性的研究

为了有效捕获和分离CO_(2),提出了一种电荷与应变协同调控的气体捕获和渗透的新方法,该方法具有可逆性和动力学可控的优点。采用分子动力学(MD)模拟和基于第一性原理密度泛函理论(DFT)计算,分析了不同电荷密度和拉伸应变控制下的多孔g-C_(9)N_(7)纳米片对CO_(2)捕获和渗透的影响规律。通过电荷调控策略,CO_(2)分子渗透率高达5.94×10^(7) GPU(即0.019899 mol/(s·Pa·m^(2)))。另外,CO_(2)渗透率随拉伸应变率的增加而增大,拉伸应变率为7.5%的g-C_(9)N_(7)薄膜的最大渗透率为3.61×10^(7) GPU(即0.012094 mol/(s·Pa·m^(2)))。在此基础上,采用负电荷与应变工程相结合的方法研究二者的协同效应,在负电荷为1 e、拉伸应变率为3.0%的条件下,CO_(2)渗透率达到3.18×10^(7) GPU(即0.001065 mol/(s·Pa·m^(2)))。此时CO_(2)渗透率是仅施加1 e时CO_(2)渗透率的9倍,是仅添加3.0%应变率时CO_(2)渗透率的8倍。研究结果为开发具有CO_(2)捕获和分离高度可控的高性能材料提供了理论指导。

新型超硬C-N薄膜材料

Ｃ－Ｎ薄膜是目前国际上刚刚兴起的一种新型超硬材料。理论上，它的体模量和硬度比金刚石还要高。在半导体和抗磨涂层等领域有着广阔的应用前景。文中介绍了新型Ｃ－Ｎ薄膜材料的发展概况、几种典型的制备方法、结构及性能特点，分析了Ｃ－Ｎ膜的发展方向及其应用前景。

C3N4膜的制备,结构和性能

采用微波等离子体化学气相沉积法，用高纯氮气（９９．９９９％）和甲烷（９９．９％）作反应气体，在多晶铂（Ｐｔ）基片上沉积Ｃ３Ｎ４薄膜。利用扫描电子显微镜和扫描隧道显微镜观察薄膜形貌表明，薄膜由针状晶体组成。Ｘ射线能谱分析了这种晶态Ｃ－Ｎ膜的化学成分，对不同样品不同区域的分析结果表明，Ｎ／Ｃ比接近于４：３。Ｘ射线衍射结构分析说明，该厝主要由α－Ｃ３Ｎ４和β－Ｃ３Ｎ４和β－Ｃ３Ｎ４组成。ａｎｏ

a-C∶H(N)类金刚石薄膜的结构及内应力分析

采用射频等离子增强化学气相沉积法制备出a-C∶H(N)类金刚石薄膜 ,用X射线光电子能谱、红外吸收谱和慢正电子湮灭谱研究了薄膜的结构 ,用弯曲法测定了薄膜的内应力 .随着混合气体中N2 的含量从 0增加到 75 % ,薄膜中含N量可增加到 9.0 9% (摩尔分数 ) ,N原子与C原子以%DC—N ,C N和C≡N键的形式结合 .薄膜中的缺陷密度随含N量而增加 。