负氢离子源负氢离子表面转化材料发展现状分析

负氢离子源已经成为核聚变装置中性束加热系统的首选离子源,中国的负氢离子源研究尚处于起步阶段。在本论文中,介绍负氢离子源的结构和工作过程,比较分析负氢离子的产生模式,着重对当前应用较多、具有应用前景的表面产生模式中负氢离子转化材料进行了介绍。掺铯的金属材料以其优异的特性成为当前负氢离子源的主要材料;La B6热阴极具有较好的负氢离子转化性能,但其复杂的结构和较短的寿命影响了其总体性能;高有序石墨仅仅在结构上具有一定的优势;结合热电子发射、场致电子发射和其他电子发射模式的金刚石膜材料具有较优异的性能预期和较好的前景。因此在未来的负氢离子源中,铯化金属材料和金刚石薄膜材料可能会成为用于表面转化的主要材料。     

负氢离子源负氢离子表面转化材料发展现状分析北大核心CSCD

负氢离子源已经成为核聚变装置中性束加热系统的首选离子源,中国的负氢离子源研究尚处于起步阶段。在本论文中,介绍负氢离子源的结构和工作过程,比较分析负氢离子的产生模式,着重对当前应用较多、具有应用前景的表面产生模式中负氢离子转化材料进行了介绍。掺铯的金属材料以其优异的特性成为当前负氢离子源的主要材料; La B6热阴极具有较好的负氢离子转化性能,但其复杂的结构和较短的寿命影响了其总体性能;高有序石墨仅仅在结构上具有一定的优势;结合热电子发射、场致电子发射和其他电子发射模式的金刚石膜材料具有较优异的性能预期和较好的前景。因此在未来的负氢离子源中,铯化金属材料和金刚石薄膜材料可能会成为用于表面转化的主要材料。     

类金刚石薄膜在不锈钢表面结合强度及耐腐蚀性研究

类金刚石(DLC)薄膜与不锈钢的结合强度是DLC薄膜应用于血管支架表面改性的关键技术问题.利用磁过滤阴极真空弧源沉积方法在316L不锈钢表面沉积DLC薄膜,研究沉积时基体偏压、薄膜厚度以及钛过渡层对DLC薄膜与基体结合强度的影响.研究结果表明,316L表面制备相同厚度的DLC薄膜,采用-1000V脉冲偏压制备的薄膜结合强度明显优于-80V直流偏压下制备的DLC薄膜;随着DLC薄膜厚度的增大,DLC薄膜与316L基体的结合力下降;316L不锈钢表面制备一层100nm的钛过渡层之后可以改善DLC薄膜的结合状况,并且经过20%的拉伸变形后,DLC薄膜完整,耐蚀性优于未表面处理的316L不锈钢.以上研究结果表明,磁过滤阴极真空弧源方法制备DLC薄膜与316L结合强度高,可以有效的提高316L的耐腐蚀性,是一种具有应用前景的血管支架表面改性方法.     

Cu掺杂提高类金刚石膜场致发射特性研究

采用双磁过滤阴极真空弧和磁控溅射沉积法,在Cu基体表面上制备了以钛(Ti)和钛化碳(TiC)过渡层材料的Cu掺杂非晶类金刚石(DLC)薄膜。自行设计制作了薄膜材料场致发射特性测试装置,探讨了Cu掺杂影响DLC薄膜场致发射特性的机理。运用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱分析了铜掺杂DLC薄膜的微观结构组成和表面形貌的变化。研究发现,相对于未掺杂的DLC膜,掺Cu DLC膜具有更好的场致发射特性,开启电压从45降为40 V/μm。SEM分析显示适当的Cu掺杂可使薄膜表面具有更加精细的亚微米级突起结构,突起之间连接更加紧密。Raman分析结果显示:适当的Cu掺杂可以使薄膜中的sp²杂化键含量和薄膜的导电性提高,场致发射特性更好;过度掺杂Cu则会使薄膜表面含有过多Cu而致场致发射特性下降。     

真空阴极弧离子镀类金刚石碳（DLC）膜的碳弧稳定性研究

选用氩气、氩气加氢气、氩气加乙炔等气体作为介质，石墨作为靶材进行真空阴极弧离子镀来制备类金刚石碳膜。石墨电弧有其独特的电弧特性曲线，不同气体介质对碳弧特性的影响不同，磁场的大小对电弧的稳定性有很大作用，碳弧下基片偏流随电弧电压的增加而减小，试验得到表面光滑的类金刚石碳（DLC）膜，对膜的表面进行了SEM分析。     

C／C多层类金刚石薄膜的热稳定性研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术,通过改变基体偏压,在单晶Si片和0Cr19Ni9基体表面制备了C/C多层类金刚石薄膜。为了考察多层膜的热稳定性,对薄膜进行了300℃及400℃退火处理,采用X射线光电子能谱、硬度实验及摩擦磨损性能测试分析了退火对薄膜结构及性能的影响。结果表明在400℃范围内多层膜具有较高的热稳定性。     

阴极真空弧源沉积氟化类金刚石薄膜的结构与性能研究

采用脉冲磁过滤阴极真空弧源沉积系统(FCVA)在单晶硅基片上制备了含氟量不同的一系列氟化类金刚石膜(a-C:F).重点研究了氟掺杂对非晶态碳基薄膜结构、机械性能和疏水性能的影响.薄膜的成分和结构采用X射线光电子能谱仪(XPS)和激光拉曼光谱(Raman)进行了表征,薄膜表面形貌和粗糙度采用原子力显微镜(AFM)进行了分析.使用纳米压痕仪测量了薄膜硬度,纳米划痕仪测量了膜基结合力.采用躺滴法测量薄膜与双蒸水之间的接触角来评价其疏水性能.结果表明,随着CF4流量的逐渐增加,薄膜的氟化程度逐渐增强,膜中最大氟含量达45.6 at%;薄膜呈典型的类金刚石状结构,但薄膜的无序化程度增强;由于-CFn+的刻蚀,薄膜表面更加致密化、粗糙度逐渐减小.薄膜的机械性能良好,硬度在12GPa以上.薄膜的疏水性能得到增强,与双蒸水之间的最大接触角达106°,接近于聚四氟乙烯(PTFE,110°).     

磁过滤直流真空阴极弧制备含铬类金刚石膜的结构及其性能研究

采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在单晶硅片、载玻片、不锈钢片基体上制备了含铬类金刚石(Cr-DLC)膜.用光学显微镜、椭偏仪、分光光度计、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射能谱(XRD)、Raman光谱、纳米硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的组分结构、光学、力学等相关特性.结果表明,硅片上的薄膜厚度为47.6nm,碳含量为89%,s p~3键占碳含量的55.15%.不锈钢片上的薄膜具有典型的DLC膜Raman光谱特征,在空气中的摩擦系数约为0.1,耐磨性能优良,膜与基体的结合性能良好.     

FCVA法制备的超薄类金刚石薄膜的结构分析

用真空阴极过滤电弧(Filtered Cathode Vacuum Arc,FCVA)法制备厚度分别为50 nm,30 nm,10 nm,5 nm,2 nm的类金刚石(DLC)薄膜,利用拉曼光谱和电子能量损失谱研究了薄膜的结构,分析了硬度和内应力的变化趋势。结果表明,随着薄膜厚度的减小,可见光拉曼光谱高斯分解的G峰位置向低波数方向移动,D峰和G峰强度之比Id/Ig不断增大,G峰面积与D峰面积之比Ag/Ad减小;说明随着薄膜厚度的减小,DLC薄膜中的sp3键含量减少,有序化的sp2团簇增加。电子能量损失谱的结果也表明薄膜厚度的减小会引起薄膜中sp3键含量的减少。当薄膜的厚度由50 nm变为30 nm时,薄膜硬度由53.85 GPa减小为39.64 GPa,内应力由4.63 GPa降低为3.47 GPa,随着厚度降低,薄膜的硬度和内应力呈下降趋势。     

类金刚石薄膜的激光损伤特性测试与分析

使用脉宽12ns，波长1064nm调Q Nd：YAG激光器对真空阴极电弧沉积（VCAD）法制备的类金刚石薄膜进行抗激光损伤测试，结果表明，VCAD法镀制的薄膜抗激光损伤阈值为0．6J／cm^2。通过对热冲击效应的数值计算，得到了光斑中心的温度场和薄膜表面的应力场分布。研究表明，热应力在类金刚石薄膜的破坏过程中起主导作用，脉冲电弧沉积的DIE薄膜的激光损伤主要源于应力破坏。     

调制比对C/C多层膜结构及性能的影响

考察了C(硬)/C(软)调制比对多层膜结构和性能的影响。采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术制备了C/C多层膜,通过Raman光谱对多层膜的结构进行了表征;用硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试了多层膜的硬度及摩擦学性能。结果表明:所制备的多层膜呈现类金刚石结构并具有良好的耐磨性,其摩擦系数均小于0.15;随多层膜中软膜比例的增大,薄膜中sp2簇的数量逐渐增多,薄膜显维硬度呈现下降趋势,多层膜的耐磨性能下降。     

镁合金表面类金刚石膜的研究进展

类金刚石碳（DLC）膜具有高硬度、低摩擦系数、强化学惰性及生物相容性好等优异性能,镁合金表面制备DLC膜可极大地改善基体的使用性能。综述了采用不同制备技术在镁基体表面获得的多种DLC膜系的抗磨损及耐腐蚀性能,并展望了DLC膜表面改性镁合金的医用前景,指出镁合金表面制备DLC膜是其表面改性技术中具有前景的一个研究方向。     

镁合金表面类金刚石膜的研究进展

类金刚石碳(DLC)膜具有高硬度、低摩擦系数、强化学惰性及生物相容性好等优异性能,镁合金表面制备DLC膜可极大地改善基体的使用性能。综述了采用不同制备技术在镁基体表面获得的多种DLC膜系的抗磨损及耐腐蚀性能,并展望了DLC膜表面改性镁合金的医用前景,指出镁合金表面制备DLC膜是其表面改性技术中具有前景的一个研究方向。     

类金刚石薄膜的气相沉积新型工艺发展

类金刚石薄膜有着与金刚石薄膜相近的优异性能,且其制备条件相对而言比较温和,因此其制备工艺的发展一直得到广大研究者的关注。在各类型制备工艺中,低温气相沉积法由于其制备条件容易实现,生产设备可大规模生产化而得到了广泛的应用。简述了传统制备类金刚石薄膜的低温工艺,重点介绍了现阶段微波电子回旋等离子体沉积和真空磁过滤弧沉积等新型工艺发展现状。     

金属掺杂类金刚石膜的研究进展

金属掺杂类金刚石（Diamond—like Carbon,DLC）膜可以优化纯类金刚石膜的很多性能。金属掺杂DLC膜不仅在缓解薄膜应力方面具有良好的效果,而且还能改变薄膜的力学和摩擦磨损性能。目前,掺杂DLC膜正以单一掺杂向复合掺杂、均匀掺杂向梯度掺杂发展。文章对掺杂DLC膜的研究进展作了概括及分析。     

等离子体法制备类金刚石膜的研究

等离子体法制备超微材料是比较理想的方法之一，采用等离子体法制备类金刚石膜，近年来有了很大的进展，通过比较可知；等离子体法可以在低温下进行化学合成反应，实现了低温化学气相反应过程。     

非晶金刚石膜的电子场发射性能研究

研究了用真空磁过滤弧沉积（ＦＡＤ）方法制备的非晶金刚石薄膜（ａＤＦ）的电子场发射性能，其最小阈值电压为２．１Ｖ。ｓｐ３键含量不同的ａＤＦ发射性能也不同，适当的ｓｐ２键含量能降低阈值电压，提高ｓｐ３键含量能提高发射稳定性。根据实验结果提出了一种发射机制。     

激光热处理对类金刚石薄膜结构的影响

用真空阴极过滤电弧法沉积了厚度为2 nm的类金刚石(DLC)薄膜,研究了激光加热退火时薄膜结构和表面粗糙度的变化,分析了激光加热功率对薄膜结构的影响。结果表明,当激光功率小于200 mW时,DLC薄膜的结构基本保持不变;激光功率增大到300 mW,薄膜中少量的sp3键转变为sp2键,但薄膜的表面形貌基本保持不变。随着激光功率增大到400mW,薄膜中sp3键向sp2键的转变量增大;当激光功率达到500 mW时,薄膜中大量的sp3键转变为sp2键,sp2六原子环含量迅速增大,薄膜表面粗糙度开始明显增大,出现凹凸不平的表面形貌。     

瓶体内表面制备类金刚石膜流场结构的格子波尔兹曼模拟

类金刚石膜(Diamond-like Carbon,DLC)具有优异的气体阻隔性能.在PET瓶体内表面制备DLC阻隔涂层时,阻隔涂层的均匀性会受到瓶体内流场结构(气压分布、速度分布等)的显著影响.本文应用格子波耳兹曼方法(Lattice Boltzmann Method/Model,LBM)对PET瓶体内制备DLC阻隔涂层时的流场结构进行模拟,研究了送气速度、气体运动粘度系数和装置结构变化时瓶体内部流场结构的变化.研究结果表明,降低进气速度和提高气体运动粘度系数有利于减弱回流而获得层流结构;装置结构的调整能够改变瓶体内的流场结构,采用恰当的异型装置可以获得较理想的流场结构,对实验工作具有一定的指导意义.     

类金刚石磁盘保护膜的性能、应用与制备

类金刚石膜在磁盘和读写磁头之上形成一层关键的保护膜.磁存储密度的飞速发展可以使存储密度上限达到1万亿字节/英寸2.这要求读写磁头距离磁盘更近,即需要一层仅1 nm～2 nm厚的类金刚石薄膜.四面体结构的非晶碳膜能够满足磁存储技术的要求,即形成原子尺度平滑、连续、致密,只有几个原子层厚的碳膜.磁过滤阴极弧方法、等离子体增强化学气相沉积方法可用来制备符合要求的超薄碳膜.