高功率准分子激光沉积类金刚石膜的热稳定性

在不同温度下(200~ 800 ℃) 将高功率准分子激光溅射方法沉积的类金刚石膜进行退火实验. 利用Raman和XPS光谱分析类金刚石膜在退火过程中的化学键合结构变化. 结果表明, 类金刚石膜是由少量的sp² C键和大量的sp³ C键组成的非晶态碳膜. 在退火温度小于600 ℃范围内, 类金刚石膜的热稳 定性较好； 退火温度高于600 ℃时, 类金刚石膜中的sp³ C键逐渐向sp ² C键转变, 当退火温度升到800 ℃时, 类金刚石膜中sp³ C键含量由 退火前的大约70%下降到40%. 可见, 高温退火能导致类金刚石膜的石墨化趋势.     

类金刚石碳膜的微结构与光学特性

利用付里叶变换红外(FTIR)光谱仪和X射线激发的CKLL俄歇电子谱的一次微分表征了类金刚石(DLC)膜的微结构。指出在高离子轰击能量和低CH_4压强下,射频等离子体沉积所制得的DLC膜具有好的热稳定性,膜内主要以sp~3 C-C键为主,折射率(红外)、光学带隙几乎为常数。     

Si（111）表面离子束辅助沉积对类金刚石薄膜结构影响的计算机模拟

本文选C2分子和Ar离子作为沉积源和辅助沉积粒子,采用分子动力学（MD）方法在Si（111）面上模拟研究了离子束辅助沉积（IBAD）类金刚石（DLC）膜的物理过程.重点讨论了C2分子和Ar离子的入射能量及到达比（Ar/C）对平均密度和sp^3键含量的影响,并与Si（001）-（2×1）表面生长类金刚石膜的结果进行比较.结果表明,到达比和入射能的改变,对薄膜结构的影响不同;Si（111）面上生长类金刚石膜,薄膜在衬底的附着力更强.     

磁控溅射法制备非晶碳膜及其光学特性

利用射频磁控溅射法成功制备了类金刚石薄膜,研究了溅射功率和基片温度对所沉积薄膜的的影响,对所制备的类金刚石薄膜用拉曼光谱、紫外光谱进行表征,所沉积的类金刚石碳薄膜是簇状分布的ＳＰ＾２碳键和网状分布的ＳＰ３碳键互相随机交织的一起的非晶 研究了非晶碳膜的光学性质和电学性质,探索了制备各种不同带隙非晶碳膜的工艺条件,为该类的实际应用提供了可靠的实验依据。     

沉积偏压对含氢类金刚石薄膜机械性能影响机制研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在不同脉冲偏压条件下,在304不锈钢表面沉积了含氢类金刚石薄膜。利用Raman光谱对薄膜中氢、sp~2及sp~3含量进行了表征;利用纳米压痕仪对薄膜杨氏模量及硬度进行了检测;利用台阶仪对薄膜的厚度进行了测量;利用原子力显微镜对薄膜的形貌进行了表征,并探讨了沉积偏压对薄膜机械性能的影响规律及相应影响机制。结果表明:随着脉冲偏压的升高,薄膜中氢含量减少,C-C及C-H sp~3含量减少。I (D)/I (G)从1.45增加至1.71,薄膜硬度从12.40 GPa增加至16.10 GPa,薄膜厚度逐渐增加,厚度最厚达到1.94μm。当沉积偏压为2 400 V时,C-Csp~3含量最高且杨氏模量最大可达151.7 GPa,粗糙度最低为0.432 nm。当沉积偏压为2 600 V时,薄膜硬度值最大,氢含量最低。等离子体增强化学气相沉积制备含氢类金刚石薄膜的硬度不能完全由薄膜中C-C sp~3的含量决定,薄膜硬度随C-C sp~3含量变化存在滞后效应。     

医用镁合金表面含氟类金刚石薄膜腐蚀行为研究

为了提高镁合金的表面硬度和耐蚀性,采用等离子体增强化学沉积技术在AZ31镁合金表面制备含氟DLC膜。研究了氟掺杂量对含氟DLC薄膜表面形貌、耐腐蚀性、疏水性和sp²键含量的影响,并探讨了相应的影响机理。结果表明,氟掺杂对AZ31镁合金表面DLC膜的组织和性能有显著影响。随着四氟化碳沉积时间增加,类金刚石薄膜的粗糙度减小,表面光滑;薄膜中的sp²杂化键逐渐增多;类金刚石薄膜的疏水性先增大后减小;当四氟化碳沉积时间为40 min时,类金刚石薄膜表现出优异的耐人体体液腐蚀特性。     

聚脂膜衬底上的类金刚石薄膜

X光电子能谱和硬度分析测试表明:利用MEVVA离子注入机在聚脂膜(PET)表面注入或沉积C,可形成类金刚石(DLC)薄膜.根据C1s XPS谱可直接计算出DLC中sp3键所占比例.沉积法生长的DLC中sp3键所占比例明显高于注入法.与衬底PET相比,表面薄膜硬度提高了1个量级,大大改善了PET的性质.对DLC膜中的碳氧化合物污染进行了讨论.     

铜催化苯并环丁烯醇碳-碳键断裂反应机理研究

运用量子化学方法,探究铜催化苯并环丁烯醇碳-碳键断裂的反应机理.采用密度泛函方法,以[Cu(OH)(cod)]_2为催化剂,研究环丁烯醇C(sp~3)-C(sp~3)键和C(sp~2)-C(sp~3)键断裂反应机理,分析C(sp~3)-C(sp~2)和C(sp~3)-C(sp~3)杂化强度的热力学信息,比较C(sp~3)-C(sp~2)和C(sp~3)-C(sp~3)裂解过程.     

超硬纳米类金刚石膜的结构特点及其形成机制的探讨

研究了超硬碳膜的力学性质、波谱性质及结构性质 ,指出有一种无氢类金刚石膜是由石墨碎片、布基葱和金刚石晶粒以新型的共价键组成的网架结构 ,具有良好的力学性能 .由于石墨碎片中的π键变形 ,石墨碎片和布基葱边缘的不饱和悬键与金刚石晶粒周围的悬键结合成新型的共价键 .金刚石晶粒只能由激发态碳原子在非平衡重组过程中产生 ,而石墨碎片既可以在碳原子重组过程中产生 ,也可以在蒸发石墨过程中产生 .     

锌促进的烯烃氢烷基化反应

季全碳中心的构筑一直是有机合成中的难点和热点,其中以廉价三级溴代烷为原料,通过分子间C(sp~3)—C(sp~3)键形成来合成该类季全碳中心更是鲜有报道.采用廉价锌粉作为还原性自由基引发剂,诱导三级溴代烷形成叔碳自由基,进而实现用烯烃捕获该自由基的策略来高效构筑C(sp~3)—C(sp~3)键季全碳中心.     

无氢类金刚石膜的光致发光特性研究

使用脉冲激光沉积（PLD）技术制备了系列无氢类金刚石（DLC）薄膜,测量了样品的Raman光谱、光吸收和光致发光,研究了光致发光与制备条件的依赖关系。结果表明,这种薄膜是有少量sp^2键和sp^2键组成的非晶碳膜。薄膜的光学带隙在1．68～2.46eV,发光在可见光区呈宽带结构。沉积温度对类金刚石薄膜的结构和发光性质有较大影响。当沉积温度从室温升高至400℃时,sp^2团簇的长大使C原子的有序度增强,从而导致薄膜的光学带隙变窄,发光峰红移且半高宽变小。     

采用磁过滤MEVVA源制备DLC膜的研究

采用磁过滤MEVVA沉积技术以石墨为阴极在几种衬底表面(单晶硅、不锈钢和工具钢等)上制备高质量类金刚石(DLC)薄膜.实验结果表明,沉积能量对薄膜的sp3键含量的影响为先随能量的增加而增加,达到最大值后,再增加沉积能量含量反而下降.硬度测试结果表明,非晶金刚石薄膜具有极高的硬度,为70～78GPa,远远高于衬底材料的硬度值.对非晶金刚石薄膜的摩擦性能试验结果表明,非晶金刚石薄膜的摩擦因数为0.16～0.2,大大低于衬底材料.     

灯丝平面与衬底间距对金刚石膜沉积的影响

采用电子辅助热灯丝化学气相沉积(EA-CVD)方法沉积大面积金刚石膜,在金刚石膜的沉积过程中,灯丝平面与衬底间距对金刚石膜沉积的影响会直接影响着金刚石膜的生长和质量.用Raman手段对金刚石膜的生长特性进行了表征.     

晶界处碳含量对超纳米金刚石的结构及电学性质影响的第一性原理计算

采用MedeA.软件中基于密度泛函理论(DFT)下的平面波赝势方法的VASP软件包进行模拟,计算了不同晶界处碳含量对超纳米金刚石电子特性和结构特性的影响。从对优化后的结构分析来看,晶界处碳含量的增加会增加超纳米金刚石中sp~2-C的含量,并且会使金刚石晶粒最外层的原子产生一定程度的位移或改变其键角。分析不同晶界处碳含量超纳米金刚石的能带发现,晶界碳含量的增加会减小结构的带隙,并且会在带隙里引入悬键能级和与sp~2-C相关的π*能级。对3个结构态密度的分析发现,晶界含量的增加不仅会减小结构的带隙,还会增加带隙里悬键能级和π*能级的能态密度,减小电子从低能级跃迁到高能级所需的能量,从而增加超纳米金刚石的导电性。     

镁合金表面制备硅掺杂类金刚石膜的性能研究

将无铬化学转化新工艺与射频等离子化学气相沉积（PECVD）技术相结合,先在镁合金表面生成一层多孔结构、附着力高的化学转化膜作为过渡层,再采用PECVD技术低温沉积一层硅掺杂类金刚石（Si-DLC）薄膜复合涂层。扫描电子显微镜和拉曼光谱图分析证实,获得的薄膜由sp2和sp3键杂化的碳硅氢化合物呈层状堆积而成,薄膜均匀、平整致密;制备的薄膜为典型的类金刚石结构。原子力显微镜直观地观察到,掺杂硅的类金刚石薄膜比未掺杂的平整致密。当硅含量达到20%时,得到的DLC薄膜最为平整致密,无铬化学转化膜层均被含硅的DLC薄膜覆盖。性能测试实验表明,将化学转化膜作为中间过渡层并采用PECVD沉积含硅的DLC薄膜明显提高了镁合金基体与其的结合强度,同时也大幅度提高了镁合金的耐磨、耐高温和耐蚀性。     

甲烷浓度对大面积金刚石膜生长的影响

采用电子辅助热灯丝化学气相沉积(EA.CVD)方法沉积大面积金刚石膜,在金刚石膜的沉积过程中,碳源浓度的变化会直接影响着金刚石膜的生长和质量.使用Raman,SEM等手段对金刚石膜的生长特性进行了表征.     

放电电流对热阴极等离子体化学气相沉积金刚石膜影响

建立了快速沉积高品质金刚石膜的热阴极辉光放电等离子体化学气相沉积新方法. 相对于常规冷阴极辉光放电而言,热阴极辉光放电是一种新型放电形式,具有许多新的特性,其中重要一点是具有较高的放电电流(6.0～10.0 A). 较高的放电电流既是热阴极辉光放电本身的突出特点,同时对于化学气相沉积金刚石膜工艺也产生重要影响. 实验研究了放电电流于金刚石膜沉积速率、表面形貌和热导率的影响,发现由于放电电流影响辉光放电的等离子体区和阳极区,进而对金刚石膜的沉积速率和品质有很大影响. 特别是通过放电电流的提高,可以有效地提高金刚石膜的品质,这对于制备优质金刚石膜产品有重大意义.     

磁控溅射类金刚石碳膜的显微硬度

采用显微硬度测试方法,研究在单晶硅衬底上沉积厚度仅为0.09-0.56μm的磁控溅射类金刚石碳膜的力学性能。结果表明,溅射碳膜的硬度随溅射工艺参数呈规律性变化,且可以和碳膜的类金刚石性质以及碳膜结构的SP~3和SP~2成分的变化相联系。采用Johnson复合硬度模型进行的分析表明,溅射碳膜的真实硬度在HV6000-6600之间,比天然金刚石的硬度略低。溅射类金刚石碳膜具有明显的压痕尺寸效应(ISE),其指数约为m=1.9。     

大面积金刚石薄膜沉积系统的研究

介绍热丝化学气相沉积(HFCVD)法沉积大面积金刚石膜的设备的原理和设计,设备主要包括真空系统、水冷系统、热丝架、供气系统以及电路系统,给出了该设备的性能指标参数.该设备可以用于沉积高质量的大面积金刚石膜,沉积的金刚石薄厚膜直径最大可达220 mm,膜沉积速率为1~2μm/h.     

直接耦合式微波等离子体CVD金刚石膜装置的研究

利用实验室自行设计了直接耦合式微波等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石膜装置,并在石英管反应腔加上磁镜场来更好的约束等离子体,使等离子体球成为"碟盘"状,使沉积面积大、性能稳定、减少在石英管壁和观察窗的沉积,从而有效的提高电离的活性基团利用率,沉积出高质量的(类)金刚石膜.