基体负的低偏压对氟化非晶态碳膜结构及性能的影响

为了研究基体负的低偏压Vb对氟化非晶态碳膜的结构、纳米硬度和疏水性能的影响,采用等离子体浸没与离子注入装置,CF4和CH4作为气源,在不同的基体偏压下制备了一系列氟化非晶态碳膜.使用XPS、ATR-FTIR和Raman谱对其成份和结构进行了表征.薄膜硬度通过纳米压痕仪进行测量,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.XPS和FTIR结果表明薄膜中存在C-CF、C-Fx基团.Raman谱结果表明:随着基体偏压的增加,薄膜从类聚合物状结构逐渐转变为类金刚石结构,薄膜的硬度逐渐增加.接触角测量结果表明:在低偏压范围内,单纯地依靠调节偏压并不能显著地提高薄膜的疏水性能.     

氟化非晶态碳膜(a-C:F)的制备与表征

采用等离子体浸没与离子注入装置,以CF4和CH4作为源气体,在Si(100)基片上制备了含氟量不同的一系列氟化非晶态碳膜。通过XPS、FTIR和Raman对其结构进行了表征。采用躺滴法测量薄膜与双蒸水之间的接触角。薄膜硬度通过纳米压痕仪进行测量。XPS和FTIR结果表明存在C—CF、C—Fx基团和少量的氧。我们认为薄膜中存在的氧元素是由于薄膜在正常存放时发生了时效过程,其中的悬挂键发生化学吸附反应引起的。Raman和接触角测量结果表明,随着氟元素含量的逐渐增加,薄膜从典型的类金刚石状结构逐渐转化为类聚合物状结构,接触角逐渐增大。纳米压痕测量结果表明,氟元素的加入使得薄膜的硬度有很大程度的降低。     

基于多孔氧化铝腐蚀的表面结构制备及其疏水性能研究

先采用阳极氧化法在铝基板上制备了多孔氧化铝(AAO)膜,并以铝基AAO膜作为前驱物,采用化学腐蚀溶液分别制备出了具有纳米结构、微米结构和微纳复合结构表面的薄膜材料结构。利用扫描电子显微镜、荧光分光光度计和电子能量色散谱仪等测试手段分析了薄膜材料表面结构,并在薄膜表面涂覆低表面能物质氟硅烷薄膜研究这些表面结构的疏水性能。研究结果表明:通过控制化学腐蚀时间可以在铝基AAO膜表面分别获取纳米结构、微纳复合结构和微米结构;与未腐蚀的AAO膜表面相比,三种表面结构都有效提高了疏水薄膜表面的疏水性能;在NaOH溶液腐蚀16 min条件下,表面呈现微纳复合结构,具有超疏水性能,水的接触角达到155°。     

氟化类金刚石膜结构、性能及应用

氟化类金刚石膜是基于传统类金刚石膜的基础上发展起来的一种改性材料,该膜具有许多良好的性能,包括疏水性能、电学性能、光学性能、机械性能、热稳定性以及生物相容性,因此引起了人们的极大关注.本文介绍了氟化类金刚石膜的结构、性能、应用领域和发展趋势.     

辅助气体压强比例对中频脉冲非平衡磁控溅射沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

以高纯石墨为靶材、氩气(Ar)和甲烷(CH4)为辅助气体,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同气体压强比例下制备了类金刚石薄膜,采用原子力显微镜、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、纳米压痕测试仪对所制备薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能进行了分析.结果表明:当Ar气压强比例由17％增加到50％时,类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而增加,当Ar气压强比例由50％增加到86％时,薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而减小.以上结果说明辅助气体压强比例对类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能有较大的影响.     

掺氮类金刚石薄膜的制备与性能研究

利用空心阴极放电在玻璃基底表面沉积掺氮类金刚石(DLc)薄膜.拉曼光谱(Raman)分析表明,所制备的碳膜具有典型的类金刚石结构.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜表面形貌和粗糙度;利用摩擦磨损仪测量膜的摩擦磨损性能.结果表明,氮的掺入使得薄膜中颗粒致密平整,改变了薄膜的表面微观形貌,进而改善了薄膜的摩擦磨损性能.     

氟化聚乙烯醇/SiO_2超疏水薄膜的制备及性能

以亲水性高分子聚乙烯醇(PVA)为基体,二氧化硅(SiO_2)纳米颗粒为无机填料,旋涂在玻璃表面后的PVA/SiO_2再经十七氟癸基三甲氧基硅烷(C_(13)H_(13)F_(17)O_3Si,FAS)修饰,制备了具有超疏水性能的PVA/SiO_2-FAS薄膜。考察了PVA与SiO_2复合的比例及FAS修饰对膜疏水性的影响。用傅里叶变换红外光谱、X射线能谱和扫描电子显微镜分别对超疏水表面进行了结构分析和形貌表征,用接触角测量仪观察了水滴在膜表面的润湿性。结果显示,当PVA/SiO_2体积比为1∶5时,氟化PVA/SiO_2膜表面具有较好的超疏水功能,静态接触角可达151.24°,滚动角约为4°。这主要是膜表面含有低表面能氟原子及具有纳米粗糙结构共同作用的结果。     

锡青铜表面超疏水薄膜的制备及其水润滑减摩性能

为了改善锡青铜在水润滑条件下的摩擦性能,在其表面以1％氟硅烷乙醇溶液制备了超疏水薄膜.通过扫描电镜(SEM)观察了超疏水薄膜的表面形貌,测量了其接触角;在CETRUMT-2球-盘摩擦磨损试验机上考察了超疏水薄膜水润滑下的减摩性能.结果表明:锡青铜表面刻蚀并成膜后形成了粗糙的微纳复合结构,刻蚀40 min表面接触角可达151.1°,具备超疏水性能;超疏水薄膜在水润滑下具有较低的摩擦系数,可有效降低摩擦副的磨损.     

氧化锌超疏水薄膜的制备及其耐久性

为了提高氧化锌(ZnO)纳米疏水膜层在实际应用中的耐久性能,采用水热法在铝基底表面制备出微纳米结构的ZnO超疏水薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和接触角测量仪对所得ZnO薄膜的成分、微观结构及润湿性能进行分析;利用UMT摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦性能和机械疏水耐久度进行研究;并用CHI660E电化学工作站对超疏水试样在海水中的耐腐蚀性能进行测量分析。结果表明:制备的微纳米结构ZnO薄膜具有超疏水性,在未经低表面能物质改性的情况下,对水的静态接触角高达152°,滚动角仅为2°;摩擦磨损测试表明该薄膜在经过2 400磨损周期后仍能保持较高的静态接触角;电化学阻抗谱和Tafel曲线测试表明,该薄膜的确降低了铝在海水中的腐蚀速率,缓蚀率高达93.8%。     

透明超疏水聚乙烯薄膜的制备及性能分析

目的研究包装透明超疏水聚乙烯(PE)薄膜的制备方法及其性能。方法以纳米二氧化硅和无水乙醇为原料,将纳米二氧化硅溶于无水乙醇制得二氧化硅半透明溶液,采用浸渍提拉法将PE膜在二氧化硅溶液中浸泡数分钟后提拉取出并自然干燥,然后用扫描电子显微镜、接触角测量仪、透光率雾度测定仪测量膜表面的性能,并进行研究分析,用污水浸泡样品数天后测量其抗污性。结果成功制备了透明超疏水PE薄膜,其表面与水的接触角高达(171±2)°,滚动角低至1°。当纳米二氧化硅的质量浓度为10 mg/mL时,其薄膜表面表现出了优异的透明性、防水性和抗污染自清洁性。结论采用简易方法制备了透明超疏水聚乙烯塑料薄膜,提高了聚乙烯膜超疏水自清洁的性能,大大增强了聚乙烯膜在包装领域的应用前景。     

掺磷四面体非晶碳薄膜电极的电化学伏安特性

采用过滤阴极真空电弧技术, 以高纯磷烷气体为掺杂源制备掺磷四面体非晶碳(ta-C:P)薄膜. 利用X射线光电子能谱和激光拉曼光谱表征薄膜的成分和结构, 采用循环伏安和微分脉冲伏安分析薄膜的电化学行为. 结果表明, 磷的掺入没有引起薄膜非晶结构的明显变化, 只是促进了sp²杂化碳原子的团簇. 经过酸预处理的ta-C:P薄膜在硫酸溶液中有宽的电势窗口和低的背景电流; 对Cl^-有催化活性; 薄膜表面电子传输速度快; 对水溶液中Cu²⁺和Cd²⁺有检测活性. 因此具有良好导电性的ta-C:P薄膜适于作为电极并有望用于污水中重金属离子的分析检测等领域.     

紫外光辐照下钛硅共掺杂类金刚石薄膜微结构的演化

采用中频磁控溅射Ti80Si20合金靶在单晶硅表面制备了钛硅共掺杂的类金刚石薄膜。利用紫外-可见光多波长Raman光谱表征薄膜微结构, 并结合FTIR光谱研究了紫外光辐照对类金刚石薄膜微结构的影响, 进一步讨论了紫外光辐照下薄膜微结构的演化机理。结果表明: 非晶结构的类金刚石薄膜出现反式聚乙炔和聚对苯乙炔类聚合物结构以及sp杂化的线型卡宾碳结构。紫外光辐照诱导薄膜微结构驰豫和重构, 薄膜Si-O和C-O键含量增加, C=C和C-H键含量减少; 同时薄膜sp²团簇尺寸减小而无序度增大。     

掺硼四面体非晶碳膜的微观结构及光谱表征

分别采用过滤阴极真空电弧技术制备了不同含硼量四面体非晶碳(ta-C:B)膜, 并用X射线光电子能谱(XPS)、Raman光谱对薄膜的微观结构和化学键态进行了研究. XPS分析表明薄膜中B主要以石墨结构形式存在, 随着B含量的增加, sp³杂化碳的含量逐渐减小, Ta-C:B膜的Raman谱线在含硼量较高时, 其D峰和G峰向低频区偏移, 且G峰的半峰宽变窄, 表明B的引入促进了sp²杂化碳的团簇化, 减小了原子价键之间的变形, 从而降低了薄膜的内应力．     

退火温度对a-C:H膜结构及摩擦学性能的影响

为研究环境温度对含氢无定形碳(a-C:H)膜结构和性能的影响,将a-C:H膜在大气环境中进行高温退火处理,并借助红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、3D表面分析仪和球盘摩擦试验机等手段对退火前后a-C:H膜的结构、组成和性能进行了系统地考察.研究发现,在较低的退火温度下(300℃),a-C:H膜结构无明显变化,而其内应力降低,摩擦学性能显著提高;在400℃和500℃下退火,膜结构发生明显变化并伴随严重氧化,同时摩擦学性能降低甚至完全失效.结果表明,退火温度的选择对a-C:H膜的结构、组成及性能具有重要影响.     

Effects of SiNx interlayer on characterisation of amorphous diamond-like carbon films

The magnetron sputtering amorphous diamond-like carbon film is successfully deposited by SiN_x interlayer approach. The scanning electron microscopy study reveals the creation of high uniform surface micrograph diamond-like carbon films with SiN_x interlayer. For comparison, diamond-like carbon films with different interlayers are also grown. The Raman spectra are analyzed in order to characterize the stressed induce peak shifts of the films. The interactions of C atom with Si(100) and SiN_x surface are studied by density functional theory simulation. The effects of interlayers on the films deposition and the considering deposition mechanism are discussed. It is suggested that the diamond-like carbon and SiN_x bilayer structure can help to render applications in protective coatings and high quality silicon on diamond related radiation tolerance devices.     

The use of the scratch test to measure the fracture strength of brittle thin films

The feasibility of the use of the scratch test to measure the fracture strength of brittle thin films has been proved. In particular, amorphous diamond-like carbon (DLC), SiC and TiO₂ films deposited on a soda-lime glass substrate, in which damage initiated on the film surface in the form of partial cone cracks, have been considered. Optical inspection of the scratch tracks allowed the normal and lateral force at the point of fracture to be determined. The critical values were subsequently used to calculate the fracture strength. The great advantage of this method is that it allows the contribution of surface defects to strength to be obtained. Weibull analysis of the strength data was carried out, showing that the SiC film possess higher strength and reliability compared to DLC and TiO₂ films.     

Mechanical properties evaluation of fluor-doped diamond-like carbon coatings by nanoindentation

Fluor-doped diamond-like carbon (DLC) films were grown by RF sputtering, varying the CF₄ partial pressure and the total gas pressure. Nanoindentation is required to evaluate the mechanical properties of such very thin films. The Vickers nanohardness and the Young's modulus values fall in the 55-70 GPa and 235-326 GPa ranges, respectively, the lowest values being observed for the highest degree of fluorine content in the film (80% CF₄ in the gas mixture) and for the highest processing pressure (1.5 kPa).     

Mechanical properties and scratch resistance of filtered-arc-deposited titanium oxide thin films on glass

The mechanical properties and the scratch resistance of titanium oxide (TiO₂) thin films on a glass substrate have been investigated. Three films, with crystalline (rutile and anatase) and amorphous structures, were deposited by the filtered cathodic vacuum arc deposition technique on glass, and characterized by means of nanoindentation and scratch tests. The different damage modes (arc-like, longitudinal and channel cracks in the crystalline films; Hertzian cracks in the amorphous film) were assessed by means of optical and focused ion beam microscopy. In all cases, the deposition of the TiO₂ film improved the contact-mechanical properties of uncoated glass. Crystalline films were found to possess a better combination of mechanical properties (i.e. elastic modulus up to 221 GPa, hardness up to 21 GPa, and fracture strength up to 3.6 GPa) than the amorphous film. However, under cyclic sliding contact above the critical fracture load, the amorphous film was found to withstand a higher number of cycles. The results are expected to provide useful insight for the design of optical coatings with improved contact-damage resistance.     

医用TiNi合金表面等离子体沉积梯度DLC膜及抗腐蚀性能

采用双放电腔MW-ECR等离子体源增强磁控溅射和沉积技术,在TiNi合金表面成功地镀制了梯度DLC膜.拉曼光谱分析表明实验获得的薄膜是典型的DLC膜,其结构受梯度层工艺影响.采用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,结果显示其表面较为平整.在Troyde's模拟体液中的电化学腐蚀实验结果说明,梯度DLC膜显著地增强了TiNi合金基体的抗腐蚀能力.从示差扫描量热仪(DSC)结果看到表面改性没有明显影响TiNi合金基体的使用性能.