类富勒烯/非晶多层碳膜的制备及性能

针对碳基薄膜存在的高应力问题,利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上制备了含氢类富勒烯/非晶层交替构成的类金刚石多层膜。采用高分辨透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪分析了多层膜的结构特征;用X射线光电子能谱分析了薄膜的化学键状态;用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度和弹性模量;在CSM往复式摩擦磨损试验机上考察了薄膜在大气下的摩擦学性能,同时比较了多层膜与非晶、类富勒烯薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:多层膜的硬度高于非晶和类富勒烯单层薄膜,达到28.78GPa;在大气环境下与Si3N4球对摩时平均摩擦因数略低于类富勒烯单层膜,耐磨性明显优于单层非晶和类富勒烯薄膜。     

NiFeSiMnMo/Cu/NiFeSiMnMo多层膜结构中磁性层厚度对巨磁阻抗效应的影响

在康宁玻璃上用真空蒸镀法沉积NiFeSiMnMo/Cu/NiFeSiMnMo多层膜,对所沉积单层膜的软磁性能随膜厚的变化和多层膜的巨磁阻抗效应随磁性层(NiFeSiMnMo)厚度的变化进行分析.实验结果表明:NiFeSiMnMo单层膜随厚度的增加,矫顽力增大,软磁性能变差;退火后的多层膜的纵向巨磁阻抗比(GMI ratio)的最大值随磁性层NiFeSiMnMo的厚度增加而增加.     

溅射沉积Cu/W纳米多层膜结构与性能

以单晶硅和聚酰亚胺为衬底,用磁控溅射沉积调制周期λ=25~150 nm、调制比η=0.5~2的Cu/W纳米多层膜,用XRD、SEM、EDS、AFM、微力测试系统、纳米压痕仪和四探针法对多层膜微观结构、表面形貌和力学及电学性能进行研究。结果表明:λ和η显著影响多层膜结构和性能。多层膜Cu层和W层均为纳米晶结构,分别呈Cu(111)和W(110)择优取向。W(110)晶面间距减小且减幅与1/λ或η值呈正相关,Cu/W层间界面处存在扩散混合层。表面Cu层晶粒尺寸随Cu层厚增加而增大。裂纹萌生临界应变εc总体上随λ增大或η减小而下降,屈服强度σ0.2、显微硬度H和电阻率ρ总体上均与λ或η呈负相关。因Cu层和W层厚度随λ或η的变化而改变,相应地改变了Cu层晶粒度及其晶界密度、W层体积分数和Cu/W层间界面数量,使位错运动能力及电子散射效应变化,最终改变Cu/W纳米多层膜性能。     

调制比对Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜结构及性能的影响

目的 探究Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜的最佳调制比.方法 利用电弧离子镀技术,在TC4钛合金上制备了不同调制比的Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜.利用扫描电子显微镜观察膜层表面和截面形貌;用Image-Pro分析软件对表面的大颗粒进行定量分析;利用X射线衍射法表征膜层的晶体结构;采用维氏硬度计测量膜层的显微硬度;采用划痕试验仪测量膜层与基体之间的结合力(临界载荷);通过基片弯曲法测量并计算得到膜层的残余应力;利用根据ASTM G76-05标准特制的AS600-喷砂试验机进行了抗冲蚀性能测试;采用三维表面轮廓仪测量冲蚀坑深度.结果 膜层表面质量和生长取向与LCr/CrN:LCr/CrAlN调制比密切相关,随着Cr/CrN比例的增加,膜层表面质量越来越好,择优取向由(111)晶面转为(200)晶面.多层膜的硬度随Cr/CrN比例的增加,呈下降趋势,结合力、残余应力和韧性则随之呈先升后降的趋势,并在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时,达到最佳.多层膜的抗砂粒冲蚀性能变化与力学性能变化一致,在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时达到最佳,其抗冲蚀能力是TC4基材的3倍以上,多层膜呈典型的脆性断裂失效形式.结论 在调制比LCr/CrN:LCr/CrAlN=1:2时,膜层获得最佳的抗冲蚀性能.     

CNx层厚度对DLC/CNx多层膜结构和力学性能的影响

为了降低DLC膜的内应力,提高其力学性能,采用磁控溅射法在Si(100)基体上交替沉积了不同CN_x层厚度的DLC/CN_x纳米多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、纳米压痕仪、涂层附着力划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机等分析了多层膜的微观组织、成键结构、力学和摩擦学性能。结果表明:所有DLC/CN_x多层膜均为非晶结构,结构致密,内应力低(约-475~-170 MPa),强化效应显著。随着CN_x层厚度的增大,CN_x膜内sp3键含量降低,DLC/CN_x多层膜的硬度和结合力逐渐降低,磨损率则逐渐上升。多层膜在真空和大气中的摩擦状态平稳,摩擦因数分别为0.16和0.2,CN_x层厚度的影响很小。CN_x层厚度为0.5 nm的多层膜的硬度可达36.9 GPa,结合力为27 N,在两种测试环境中均具有优异的摩擦学性能。     

Co／C多层膜的结构稳定性

用Ｘ射线衍射、透射电镜、Ｒａｍａｎ光谱、Ｘ射线光电子谱等测量方法研究了用对向靶溅射法制备的Ｃｏ／Ｃ多层膜的结构热稳定性．退火Ｃｏ／Ｃ多层膜的结构变化包括周期膨胀、非晶Ｃｏ层结晶、掠入射反射率变化以及化合物的形成．４００℃退火，周期膨胀主要是由于非晶碳层的石墨化．Ｃｏ／Ｃ系统的相分离造成掠入射反射率增强，可解释为Ｃｏ／Ｃ系统的正的混合焓．５００℃退火，Ｃｏ层的结晶和集聚导致了周期的异常膨胀和反射率的降低．此时界面处形成了少量的碳化物．     

[FePt/C]n多层膜的结构和磁学性能

采用磁控溅射方法制备FePt（50nm）和[FePt（2nm，3nm，5nm）／C（1nm）]。膜，并在550℃退火30min，研究了周期数（n）对FePt／C系列多层膜结构及磁学性能的影响。结果表明：退火后多层膜的矫顽力在总膜层厚度约为30nm时出现最大值；随着n的增大，多层膜的饱和磁化强度和晶粒尺寸均不断增大；C的加入可以有效降低晶粒间交换耦合作用。刚此可以通过控制周期数得到县仃合适的微观结构和高的磁学性能的FePt／C多层膜，从而满足超高密度磁记录介质的要求。     

DZ445镍基高温合金高温长时间氧化形成的多层膜结构

研究了高Cr/Al比和中Ta含量的DZ445镍基高温合金在900℃下300～2600 h的氧化行为。结果表明,900℃氧化≥500 h,氧化膜呈现多层结构,最外层氧化物相为NiCr₂O₄、Cr₂O₃和TiO₂,次外层为CrTaO₄和TiO₂,次内层为Al₂O₃、NiCr₂O₄和NiO,最内层主要是Al₂O₃。次外层和次内层的出现使得合金氧化速率降低,表现为动力学方程的指数大幅度增加和氧化速率常数急剧下降。这2层的出现也使得合金氧化机理发生转变,次外层形成后氧化过程由合金元素Cr、Ti、Ni向外扩散转变为由Al的向外扩散和O的向内扩散所控制;次内层形成后,氧化过程转变为Ni、Cr的向外扩散和O的向内扩散所控制。这种多层氧化膜结构使得DZ445合金表现出优异的抗氧化能力。     

LiFePO4/C多层膜的制备及电化学性能研究

目的研究LiFePO_4/C多层膜在不同的调制周期下的电化学性能。方法采用多靶磁控溅射方法,在304不锈钢基底上,先沉积10 nm Ti薄膜作为阻挡层,然后交替沉积LiFePO_4薄膜和C薄膜,制备三组不同调制周期的[LiFePO4/C]n多层膜。通过扫描电子显微镜(SEM)及其附带的EDS能谱仪对退火前和经500℃退火2 h后的不同调制周期[LiFePO_4/C]n多层膜的截面形貌、成分进行表征,利用X射线衍射仪(XRD)对退火前和经500℃退火2 h后的LiFePO_4薄膜及不同调制周期[LiFePO4/C]n多层膜的结构进行表征,利用激光显微拉曼光谱仪(Raman)分析经500℃退火2 h后不同调制周期[LiFePO_4/C]n多层膜中的C结构,利用循环伏安和恒流充放电法对LiFePO_4薄膜和不同调制周期[LiFePO_4/C]n多层膜的电化学性能进行测试。结果调制周期为7.5次的[LiFePO4 (160 nm)/C(16 nm)]7.5多层膜中的碳石墨化程度高于调制周期为15次的[LiFePO4(80 nm)/C(8 nm)]15和调制周期为5次的[LiFePO_4 (240 nm)/C(24 nm)]5多层膜,且具有更好的充放电容量和倍率性能。在0.1 C放电倍率下,[LiFePO_4 (160 nm)/C(16 nm)]7.5多层膜的放电容量为151 mAh/g,在5 C高放电倍率下的放电容量为30 mAh/g。结论适当的调制周期下,LiFePO_4/C多层膜具有良好的电化学性能。     

Co/Pt多层膜X射线小角衍射分析

对Ｃｏ／Ｐｔ多层膜进行Ｘ射线小角衍射分析,测量出多层膜的周期厚度,解释多层膜小角衍射主峰之间出现次峰的现象,并确立了次峰个数与膜周期数之间的关系。     

Co/Pt多层膜的调制结构对磁光性能的影响

研究了Ｃｏ／Ｐｔ多层膜中,Ｃｏ层厚度,Ｃｏ、Ｐｔ含量比,溅射温度对多层膜磁光性能的影响。研究发现Ｃｏ层厚度及Ｃｏ、Ｐｔ含量比对Ｃｏ／ｐｔ多层膜的磁光性能起决定性影响。当ｔＣｏ〈０．４ｎｍ,ｔＣｏ／ｔＰｔ＝１／２时。可获得较好的综合磁光性能;适当提高溅射时基体的温度,可改善多层膜的结晶性并获得较好的调制周期结构,最终改善其磁光性能。     

氨化Ga2O3 /Nb膜制备的GaN纳米线的光学和微观结构特性的研究

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备Ga2O3/Nb薄膜,然后在900℃下于流动的氨气中进行氨化制备GaN纳米线.用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜详细分析了GaN纳米线的结构和形貌.结果表明:采用此方法得到的GaN纳米线有直的形态和光滑的表面,其纳米线的直径大约50nm,纳米线的长约几个微米.室温下以325nm波长的光激发样品表面,只显示出一个位于367 nm的很强的紫外发光峰.最后,简单讨论了GaN纳米线的生长机制.     

调制波长对Cu／Ni金属多层膜力学性能的影响

用电沉积法在低碳钢基体上制备了具有不同调制波长(一个调制波长等于单层Cu膜与单层Ni膜厚度之和)的Cu/Ni金属多层膜，研究了多层膜硬度与其中单层膜厚度之间的关系。结果表明，当膜厚在亚微米范围内时，Cu/Ni多层膜的屈服强度(为硬度值的1/3)与单层膜厚之间符合基于位错塞积模型的Hall-Pctch(H-P)关系式；而当单层膜厚小于100nm时，屈服强度与膜厚的关系偏离了H-P线性关系。基于程开甲等人位错稳定性理论首次对金属多层膜变形行为偏离Hall-Petch关系的现象作了定量解释。     

气相沉积铁钇多层膜的磁学性能

研究了气相沉积技术制备的Fe/Y多层膜的磁学性能,试验结果表明,当多层膜中铁层厚度减少到1．4nm时,薄膜由铁磁性转变为超顺磁性;多层膜的饱和磁化强度随铁层厚度的减少和钇层厚度的增加而显著降低。     

磁控溅射沉积Al/AlN纳米多层膜的摩擦学性能

纳米多层膜因具有优异的力学性能与抗摩擦磨损性能使其在摩擦学领域具有重要的应用价值。采用磁控溅射沉积法制备了Al、AlN单层薄膜与Al/AlN纳米多层膜,探讨了纳米多层化对薄膜的力学性能和摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测量评价薄膜的纳米硬度和摩擦学性能。结果表明:Al/AlN纳米多层膜具有良好的周期调制结构,多层膜中的大量界面能显著提高薄膜的力学性能与摩擦学性能。多层膜的硬度为8.8GPa,高于采用混合法则计算出的硬度值6.6GPa;多层膜具有软质Al层和硬质AlN层的交替结构,在摩擦过程中,硬质AlN层可以起到良好的承载作用,软质层可以起到良好的减摩作用。相对于Al单层薄膜或AlN单层薄膜,Al/AlN纳米多层膜具有较低的摩擦因数(0.15)和优异的抗磨损性能。     

Co/Cr/Pd多层膜的磁性及其准确性

研究了测量程序对不同Cr层厚度的Co／Cr／Pd多层膜磁性的影响，分析了反磁化机理在不同测量程序中对磁性准确性的影响。     

离子束溅射制备Co／Pt多层膜的结构

采用高角Ｘ射线衍射（ＨＸＲＤ）和ＴＥＭ研究用离子束溅射（ＩＢＳＤ）技术制备的Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的晶体结构和显微组织形貌,结果表明：Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的晶体结构与Ｃｏ、Ｐｔ层厚度ｔＣｏ、ｔＰｔ密切相关。当ｔＣｏ＜ｔＰｔ＜２１０时,Ｃｏ、Ｐｔ层为共格ｆｃｃ结构,随ｔＣｏ、ｔＰｔ增加,逐渐向非共格关系转变,同时,Ｐｔ、Ｃｏ层晶格发生了严重畸变。ＴＥＭ发现Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的组织形貌明显受基底影响,与沉积在Ｓｉ基底表面上的Ｃｏ／Ｐｔ多层膜相比,沉积在ＮａＣｌ上的Ｃｏ／Ｐｔ多层膜的晶粒出现择优取向且呈条纹状分布,晶粒明显粗化     

MOCVD外延Al2O3基AlGaN/GaN超晶格的结构和光学特性

通过X射线衍射分析、透射电镜观察、红外透射光谱分析、紫外-可见吸收光谱分析和光致发光试验,研究了用金属有机物化学汽相沉积（MOCVD）的方法,在带有GaN缓冲层的蓝宝石（Al2O3）衬底上生长的AlGaN/GaN超晶格材料的微观结构、光吸收性质和发光特性.X射线衍射结果表明,GaN基材料均为纤锌矿六方结构,薄膜具有良好的结晶质量,薄膜生长沿c轴择优取向.透射电镜观察表明,超晶格试样的周期结构分布均匀,实际周期为13.3nm，且观察到高密度的位错存在于外延膜中。通过光学试验数据，确定了试样的光学吸收边都是在370nm附近，理论计算显示试样为直接跃迁型半导体，禁带宽度约为3．4eV。试样的折射率随光子能量的增加而增加、随波长的增加而减小，计算表明消光系数的极小值位于370nm处。光致发光测试分析表明，超晶格有很好的发光性能，并发现存在黄带发光。     

MOCVD生长GaN力学性能研究

采用MOCVD技术在蓝宝石衬底（0001）面上生长了GaN外延膜，利用原子力显微镜AFM、扫描电镜SEM分析了薄膜表面形貌，利用纳米压痕仪和UMT试验机考察了GaN膜的硬度、临界载荷以及摩擦学性能等。结果表明，薄膜以二维模式均匀生长，表面平整，硬度达22．1MPa，弹性模量为299．5GPa，与衬底结合紧密，临界载荷达1．6N，与GCr15钢球对磨时摩擦系数仅为0．13，与Si3N4陶瓷球摩擦时膜很快就磨穿。