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类金刚石DLC薄膜技术应用

浏览数:1,369 发布于:2021-04-06

天然金刚石储量有限,人造金刚石成为人们工业应用的首选,但仍然存在制备温度高、成膜面积有限、基材结合性差等缺点。为此,科学家发明了几乎可以媲美金刚石的材料:类金刚石碳基(英文:Diamond-like Carbon,缩写DLC)薄膜。

我们发现,在很多方面DLC有着和金刚石相近的性能,这也正是DLC名字——像金刚石一样的碳——由来的主要原因。当前,DLC薄膜,由于具有优异的机械性能、良好的化学稳定性、生物相容性、独特的光学特性,已广泛应用于精密仪器、汽车电子、医疗器材、国防工业等重要领域。

类金刚石薄膜技术应用

DLC类金刚石薄膜是一种非晶态薄膜碳材料,从成键形式来看,其结构中不仅存在着碳元素的3种杂化键,sp、sp2、sp3,同时,由于制备技术的影响,结构中还存在少量的氢元素。这几种成键形式和元素的不同组合,构成不同形态的DLC结构,从而表现出不同的性质。

也因为DLC薄膜中含有上述不同形式的微结构,使得DLC薄膜可以根据微结构的含量差异而分为不同的种类。如:其中sp3杂化碳含量很高,几乎不含氢的四面体类金刚石薄膜(ta-C),其各项性能最接近于金刚石。而当薄膜中氢元素含量增加时,薄膜会逐渐演变为-CHx结构主导的类高聚物碳膜(PLC),各项性能则会出现完全不同的情况。

科学家发现,在DLC薄膜应用的过程中,选择合适种类的DLC薄膜显得尤为重要。因此,DLC薄膜的分类以及分类标准的制定,直接影响了其在众多领域的应用。而传统的DLC薄膜分类方法通常需要根据DLC薄膜的微结构定量分析来完成。然而,这一方法需要基于大型同步辐射光源的X射线近边吸收精细结构谱(NEXAFS)分析碳元素的成分和状态;需要大型静电加速器的卢瑟福背散射弹性反冲(RBS/ERDA)或者中子源等分析氢元素含量,执行起来非常困难。因此,一般实验条件难以实现对DLC的准确分类,从而导致DLC在应用领域难以实现精准调控和定量研发。在经过长期的DLC薄膜合成过程中,研究人员发现,合成出来的DLC薄膜会因为不同的合成条件展现出不同的颜色状态,DLC薄膜的颜色也许能够用来简单的判断DLC的种类。


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