用于光学器件的类金刚石保护膜、減反射膜的性能评述

像金刚石一样坚硬的碳的同素异构体减反射膜是把一种碳氢化合物在电场中电离加速后沉积到基片上形成的.沉积是在一定的真空条件下进行的.这种类金刚石光学膜具有绝缘性能好、硬度极高、对酸类和有机熔剂具有化学惰性,具有1～2电子伏的光学带隙,折射率约为2.因此,人们对用这种光学膜作为保护涂层和减反射涂层产生了极大的兴趣.在第二部分介绍了为形成这种类金刚石薄膜而采用的真空镀膜技术.重点介绍了当今在类金刚石薄膜的制备中两种最成功的真空镀膜力法:射频镀膜法、双束法.在第三部分中.分析了薄膜的沉积条件和结构.然后分析和讨论了薄膜的特性.     

低能离子束沉积类金刚石膜的结构及性能研究

研究了利用低能离子束技术，在单晶硅片等多种基体表面形成类金刚石薄膜（ＤＬＣ膜）。利用透射电镜、Ｘ射线光电子能谱及拉曼光谱等分析手段对该膜进行了显微结构分析，发现类金刚石膜是含有金刚石及其它碳相的混合碳膜。对该膜性能测试表明，该膜类似金刚石的性能，其光学、电学、机械及化学性质优异。探讨了类金刚石膜生长的机理，对类金刚石膜的一些可能的应用进行了研究。     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜的特性

采用射频磁控溅射技术,用高纯石墨靶在单晶硅片、抛光不锈钢片上制备了类金刚石薄膜(DLC)。采用Raman光谱、原子力显微镜、显微硬度分析仪,表征了类金刚石薄膜的微观结构、表面形貌、硬度。结果表明,制备的类金刚石薄膜中含sp2、sp3杂化碳键,具有典型的类金刚石结构特征。计算表明,对应sp3杂化碳原子含量的ID1IG为3.18;薄膜的表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0.17 nm;薄膜硬度可以高达30.8 GPa。     

电化学沉积DLC膜及其表征

采用电化学沉积方法，甲醇有机溶剂作碳源，在直流电源作用下在单晶硅表面沉积得到碳薄膜。薄膜不溶于苯、丙酮等有机溶剂，具有较高的硬度(16GPa左右)，用AFM、Raman和FTIR分析手段对该薄膜表面形貌和结构进行表征，Raman和FTIR结果表明电化学沉积得到的是含氢的类金刚石碳薄膜。通过研究样品薄膜的XPS和XAES谱图特征，进一步证实薄膜是DLC薄膜，并用线性插入法估算出样品薄膜中SP^3的相对含量为60％，同时推测了电化学沉积DLC薄膜的生长机理。     

直流负偏压对类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用直流-射频-等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石薄膜，采用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱、红外光谱、表面轮廓仪和纳米压痕仪考察了直流负偏压对类金刚石薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率和硬度等性能的影响。结果表明：无直流负偏压条件下，薄膜呈现有机类聚合结构，具有较低的SP3含量和硬度；叠加上直流负偏压后，薄膜具有典型的类金刚石结构特征，SP3含量和硬度得到了显著的提高；但随着直流负偏压的升高，薄膜的沉积速率和H含量逐渐降低，而SP3含量和硬度在直流负偏压为200V时出现最大值，此后逐渐降低。     

PECVD法制备类金刚石薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用射频一直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积了类金刚石薄膜。用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征，并用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度。用UMT微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同的滑行速度下薄膜的摩擦学性能。结果表明：所沉积的薄膜具有典型类金刚石薄膜的结构特征，薄膜表面光滑致密，硬度较高；薄膜与氧化铝陶瓷球对磨显示出良好的摩擦学性能，随着滑行速度的增加，薄膜的摩擦系数单调降低，但磨损寿命先增加后降低。     

类金刚石碳膜的复合硬度与本征硬度的研究

在综述现有的测量薄膜（涂层）材料本征硬度方法及模型的基础上，采用超显微硬度仪对不同基体经不同工艺条件沉积的类金刚石碳昨合硬度进行了测量，并借助有限元模型得到的经验公式对测量数据进行拟合处理，得出了各种类金刚石碳膜的本征硬度。硬质合金基体上类金刚石膜本度为０２ＧＰａ，硅基体上经不同工艺条件沉积的类金刚石碳膜本征硬度在２０－３０ＧＰａ范围。在对膜／基得合体系进行Ｍｅｙｅｒ定律修正的基础上，首次提出了一     

NiTi合金生物医用材料表面镀类金刚石薄膜的性能研究

用脉冲电弧离子镀技术在NiTi合金生物材料表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜.研究分析结果表明制备的DLC薄膜是四面体非晶碳薄膜;随着DLC薄膜厚度的增加,薄膜的表面粗糙度增加,薄膜中sp3的含量减少;随着sp3含量的增加,薄膜的纳米硬度升高;划痕实验表明临界载荷大于0.9 N.研究得出与NiTi合金相比,DLC薄膜能够有效地降低摩擦系数和磨损.DLC薄膜的摩擦系数主要与薄膜的硬度及薄膜中sp3的含量有关,DLC薄膜的磨损主要是轻微的磨粒磨损及疲劳磨损.     

类金刚石薄膜的表面性能研究

利用微波-ECR等离子体源全方位离子注入设备,采用PSII与PSII+PECVD工艺在医用316L不锈钢上制备碳改性薄膜.Raman光谱分析表明,薄膜为典型的类金刚石(DLC) 薄膜.静态接触角测量技术研究表明:在酸碱溶液中,DLC薄膜表面价键遭到破坏,稳定性降低.不同工艺制备的DLC薄膜表面能在40mN/m左右,极性分量大于色散分量,呈现出疏水性质.DLC薄膜表面能高低取决于表面碳碳键与粗糙度的变化.     

液相电沉积类金刚石薄膜的相关物理化学问题

利用液相电沉积技术制备了含氢类金刚石薄膜(ＤＬＣ);讨论了应用电位和沉积碳源对沉积过程和薄膜结构的影响;结果表明有高介电常数、低粘度、分子中甲基基团直接与极性基团键合的有机液体是合适的沉积碳源;通过增加沉积电位将有利于薄膜中ｓｐ^３碳的生长;最后,作者提出了液相沉积类金刚石薄膜的反应机理－极化－反应机制,在电场的作用下,有机分子被极化并在电极表面反应生成ＤＬＣ薄膜和其他产物．