基体表面粗糙度对非晶碳薄膜摩擦磨损性能的影响

为了探究不同基体表面粗糙度对非晶碳薄膜摩擦磨损性能的影响,改善2Cr13试样表面在601EF润滑脂润滑下的摩擦学性能,使用机加工、抛光等方式在2Cr13试样表面制备不同的表面粗糙度,然后采用磁控溅射法在不同粗糙度样件表面制备非晶碳薄膜,采用球-盘接触的摩擦磨损试验研究了在601EF润滑脂润滑条件下非晶碳薄膜及氮化硅球的摩擦磨损性能,通过光学显微镜对磨损处进行分析。结果表明:与基体表面对摩的Si_(3)N_(4)球均磨出了明显的平台,而基体表面并未出现明显的磨痕,Ra范围在0.20~0.75μm样品对偶球的磨损量要小,磨斑面积范围为0.152~0.165 mm^(2),磨损形式为黏着磨损,Ra范围在0.95~3.19μm样品对偶球的磨损量要大,磨斑面积范围为0.228~0.275 mm^(2),出现了犁沟状磨痕,磨损较为严重;在相同的工况条件下,随着基体表面粗糙度的增大,两摩擦副间的启动、平均摩擦系数以及Si_3N_4球的磨损量均呈先减小后增大再减小的趋势,当Ra为0.56μm时,非晶碳薄膜的摩擦学性能最好,摩擦系数曲线较为稳定,平均摩擦系数为0.162,其对偶球磨损量最小,为0.152 mm^(2)。基体表面粗糙度影响非晶碳薄膜的摩擦学性能,通过机加工、抛光等手段在基体表面制备合适的粗糙度可以得到具有良好减摩性能的表面。

面向大空间建筑的氟化非晶碳薄膜性能调控方法研究

大空间建筑既是城市景观的重要组成元素,又是展现城市特色、彰显时代风貌、传承城市历史的重要载体。氟化非晶碳薄膜有望作为外立面修饰材料,提升大空间建筑的自清洁、防雾和抗冰能力。本文介绍了氟化非晶碳薄膜的射频/直流共溅射方法,系统分析了薄膜微观形貌、粗糙度和化学组分随溅射功率比的变化规律,详细研究了化学组分和微观形貌对薄膜浸润性能的影响。结果表明:氟化非晶碳薄膜以岛状模式生长,当石墨/聚四氟乙烯溅射功率比从0升高至1.25时,含氟组分种类和含量的减少是薄膜亲水性增强的主要原因。

高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜研究进展

非晶碳薄膜主要由sp^3碳原子和sp^2碳原子相互混杂的三维网络构成,具有高硬度、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀以及化学稳定性等优异性能。然而传统制备方法难以实现薄膜结构及其性能的综合调控,高功率脉冲磁控溅射因其离子沉积特性受到领域内专家学者的关注。总结了近年来关于高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜材料的研究进展。重点介绍了高功率脉冲磁控溅射石墨靶的放电特性,指出了其在沉积非晶碳薄膜过程中获得高碳原子离化率的条件。针对离化率和沉积速率低,主要从提高碳原子离化率和碳离子传输效率等角度,介绍了几种改进的高功率脉冲磁控溅射方法。并对比了不同高功率脉冲磁控溅射方法中的碳原子离化特征、薄膜沉积速率、结构和力学性能。进一步地,探讨了高功率脉冲磁控溅射在制备含氢非晶碳薄膜和金属掺杂非晶碳薄膜中的优势及其在燃料电池、生物、传感等前沿领域的应用。最后,对高功率脉冲磁控溅射石墨靶的离子沉积特性、非晶碳薄膜制备及其应用研究趋势进行了展望。

PLD方法制备的超硬非晶碳薄膜研究

用脉冲激光沉积在不同条件下制备非晶碳超硬薄膜,研究了非晶碳超硬薄膜的表面形貌、结构、应力、硬度以及能谱等。原子力显微镜和扫描电镜图像显示,薄膜表面平整、致密且光滑,均方根粗糙度最大为0.877 nm。在高激光重复频率、高激光通量条件下,薄膜有很大的应力,致使膜层褶皱甚至破裂,小角X射线衍射表明薄膜为非晶态且最大残余应力达30 GPa以上,但300℃温度的原位退火可以有效降低残余应力;纳米压痕测试表明薄膜硬度大于20 GPa,弹性模量大于200 GPa;X射线光电子能谱表明薄膜中sp3的含量在39%～53%之间变化,并且与激光通量成正比。

离子注入对SiO_2表面非晶碳薄膜的化学状态及摩擦学性能的影响

采用真空蒸镀法在 Si O2 表面制备非晶态碳纳米薄膜 ,考察了碳离子注入对非晶态碳薄膜与基体结合强度及摩擦学性能的影响 ,并采用 X射线光电子能谱表征了碳薄膜 /基体的界面化学状态 .研究结果表明 :非晶态碳薄膜经碳离子注入处理后 ,碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命均明显提高 ;当碳离子注入剂量达到 1× 10 1 6 C+ /cm2 时 ,碳薄膜与基体的结合强度增加 ,但碳薄膜耐磨寿命的提高幅度有限 ;当注入剂量达到并超过 5× 10 1 6 C+ /cm2 后 ,碳离子注入所引起的碰撞混合和化学混合作用直接导致碳薄膜与 Si O2 基体界面处的原子扩散以及 Si- C键的形成 ,从而大幅提高碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命 .

过渡层对纳米非晶碳薄膜场发射性能的影响

采用微波等离子体化学气相沉积法在经研磨处理后的Si(111)面上制备出了纳米非晶碳薄膜。为改善薄膜的场发射性能,在研磨好的Si基底上运用直流磁控溅射法沉积了一层金属过渡层。本文分别选择三种常见金属:钛(Ti)、鉬(Mo)、镍(Ni)来作对比试验。结果发现用钛作为过渡层时薄膜场发射效果最好,主要表现为开启电场低,同一电场下发射电流大,发射点密度较大且分布均匀等。利用迭代法计算了钛作为过渡层时制备的纳米非晶碳薄膜的有效发射面积和功函数。

CF_4,CH_4制备氟化非晶碳薄膜工艺研究

以CF4和CH4为源气体,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了不同工艺条件下的氟化非晶碳(a-C∶F)薄膜。发现薄膜的沉积速率和射频功率几乎成正比关系,薄膜中氟的存在是导致薄膜具有紫外吸收特性的根本原因;用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析可知薄膜中有C-F基团的存在,使得薄膜的介电常数降低;合理控制沉积条件,可获得理想的电介质薄膜。

氧化镧掺杂非晶碳薄膜的血液相容性

采用射频磁控溅射方法制备了氧化镧掺杂的非晶碳薄膜。利用拉曼光谱,光电子能谱等方法,研究了氧化镧掺杂对非晶碳薄膜的微结构、成分、形貌及亲水性的影响。结果表明:在非晶碳薄膜中掺入氧化镧后,薄膜中sp3/sp2的比率发生显著变化,薄膜的疏水性明显提高。血小板粘附实验表明,掺杂氧化镧有利于提高非晶碳薄膜的抗凝血性能,适当的掺杂量能使薄膜的血液相容性得到优化。并分析了氧化镧对材料的血液相容性能的影响机制。

Fe掺杂氢化非晶碳薄膜制备及其热稳定性能

以H2、反式-2-丁烯(T2B)和二茂铁混合气体为工作气体,用金属有机等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了Fe掺杂氢化非晶碳(a-C:H:Fe)薄膜。使用X射线光电子能谱(XPS)对a-C:H:Fe薄膜成分进行了分析。使用台阶仪、场发射扫描电镜(FESEM)、热重分析和紫外可见分光光度计(UV-VIS),对比分析了a-C:H薄膜和a-C:H:Fe薄膜的沉积速率、表面形貌、热稳定性和光学带隙变化。研究表明:相同制备条件下,相比a-C:H薄膜,a-C:H:Fe薄膜的沉积速率高,表面颗粒小,容易碳化,光学带隙变窄。

非晶碳薄膜振动拉曼光谱的第一性原理研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法,对3个不同密度(2.6,2.9和3.2 g.cm-3)非晶碳结构的振动态密度和振动拉曼光谱进行了研究。结构模型由快速"液体-淬火"方法模拟得到,振动频率和本征模由线性响应理论决定,拉曼耦合张量由有限电场方法计算。计算结果表明:当密度从2.6增加到3.2 g.cm-3时,sp3碳含量从50%增加到84.4%,G峰向高频区偏移,D峰和G峰的强度之比ID/IG减小,T峰向低频区偏移且T峰和G峰的强度之比IT/IG增大。该结果与实验结果显示出很好的一致性。依据原子振动的分析结果证实:拉曼光谱的G峰和D峰均来自于sp2碳原子的振动贡献,且G峰是由任何成对的sp2碳原子的伸缩振动产生的,T峰来自于sp3杂化碳原子的振动贡献,G峰和T峰峰位随结构的色散是由键长变化导致的。

氮掺杂氟化非晶碳薄膜光学性质的研究

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备氮掺杂氟化非晶碳(a-C:F:N)薄膜。用紫外-可见分光光谱仪、椭偏仪、傅立叶变换红外光谱仪对薄膜进行了检测。结果表明:随源气体中氮气含量的增加,光学带隙先减小后升高,折射率变化情况与之相反。在其它条件相同的情况下,升高沉积温度使得薄膜的光学带隙和折射率降低。光学带隙的大小与sp2键含量密切相关,sp2键浓度越大,薄膜的光学带隙越小。

低介电常数材料和氟化非晶碳薄膜的研究进展

目前微电子器件正经历着一场材料结构的变革。由于其特征尺寸进入到100nm,由内部金属连线的电阻和线间绝缘介质层的电容构成的阻容延时已经成为限制器件性能的主要因素。用电阻更小的铜取代目前使用的铝作金属连线,用低介电常数(低 K)材料取代二氧化硅作线间介质成为重要的、应用价值巨大的研究课题。着重叙述了具有低介电常数的氟化非晶碳薄膜的研究进展。

氧化镧掺杂对非晶碳薄膜表面及界面能的影响

采用射频磁控溅射方法制备了氧化镧掺杂的非晶碳薄膜。利用拉曼光谱,接触角测试等方法,研究了氧化镧掺杂对非晶碳薄膜的微结构,表面能及界面能的影响。结果表明:氧化镧掺杂提高了非晶碳薄膜表面能及表面能的极性分量。同时我们分析了氧化镧对材料的血容性能的影响机制。

氮掺杂氟化非晶碳薄膜的拉曼光谱结构研究

以CF4、CH4和N2的混合气体为源气体,采用PECVD技术,在不同源气体流量比下制备了α-C:F:N薄膜。对制备的薄膜进行了真空退火处理,并对退火前后的薄膜进行了拉曼结构分析。拉曼分析表明:α-C:F:N薄膜是由sp2和sp3混合结构组成的非晶碳薄膜;随源气体流量比的增大,α-C:F:N薄膜中sp2键的含量增加,交联结构加强,薄膜的热稳定性得到提高;对低流量比下沉积的薄膜,退火处理可以提高其热稳定性。

La_2O_3掺杂对非晶碳薄膜的表面润湿性及血液相容性的影响

采用射频磁控溅射技术制备非晶碳薄膜和La2O3掺杂的非晶碳薄膜.利用扫描电子显微镜\光电子能谱等方法对薄膜的结构进行了分析,采用血小板黏附实验评价薄膜的抗凝血性能.结果表明:非晶碳薄膜抗凝血性能的提高与其表面润湿性的变化密切相关,通过掺杂La2O3提高了非晶碳薄膜表面对血液蛋白的选择性吸附,使薄膜的血液相容性得到优化.分析了La2O3对材料血容性能的影响机制.

激光脉冲能量对四面体非晶碳薄膜的结构及血液相容性的影响

采用脉冲激光方法制备了sp^3／sp^2不同比率的四面体非晶碳薄膜。利用拉曼光谱、紫外可见光谱等材料表征方法，研究了脉冲激光能量对四面体非晶碳薄膜的微结构及血液相容性的影响。结果表明：脉冲激光能量显著影响四面体非晶碳薄膜中sp^3／sp^2的比率，调控单脉冲激光能量范围为150-250mJ，可使薄膜的光学带隙从1．41～2．44eV发生变化。血小板粘附实验和动态凝血实验表明制得的薄膜具有优良的血液相容性。分析了四面体非晶碳薄膜的抗凝血机理。

稀土铈掺杂的非晶碳薄膜的微结构及其抗凝血性能的影响

采用射频磁控溅射方法制备了稀土元素铈掺杂的非晶碳薄膜．通过改变稀土铈的掺杂量，利用拉曼光谱，紫外可见光谱等方法，研究了稀土元素铈掺杂的非晶碳薄膜的微结构、成分、形貌及亲水性的影响。结果表明：在非晶碳薄膜中掺入稀土元素铈后，薄膜中sp^3／sp^2的比率显著发生变化，薄膜的疏水性明显提高。血小板粘附实验表明掺杂稀土铈有利于改变非晶碳薄膜的抗凝血性能，适当的掺杂量能使薄膜的血液相容性得到优化。分析了稀土元素铈对材料的血容性能的影响机制．

射频功率对氟化非晶碳薄膜微观性能的影响

以CH4和CF4的混合气体作源气体,利用等离子体增强型化学气相沉积法(PECVD),改变射频功率,制备了一批氟化非晶碳薄膜样品。用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,发现随着射频功率增大,薄膜均匀性变差,掩蔽效应作用加剧。FITR光谱分析表明:薄膜中主要含有CFx和C＝C键,较低功率下沉积的薄膜中主要含有CF2和CF3,较高功率下沉积的薄膜中主要含CF和CF2。Raman光谱分析发现在较高沉积功率下沉积的薄膜中出现了由sp2和sp3混合微晶结构。

氢化非晶碳薄膜瞬态复合发光特性

本文介绍了对辉光放电法制备的氢化非晶碳薄膜的时间分辨瞬态光致复合发光衰减的研究，分析了它对沉积温度、发射能量和激发能量的依赖关系，结果表明非晶碳薄膜复合发光行为符合定域激子复合机制，氢含量改变所导致的材料缺陷密度和无序度变化影响了样品复合发光行为．