铬掺杂碳基多功能性薄膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-08-17 19:14

  本文关键词：铬掺杂碳基多功能性薄膜的制备及其性能研究

  更多相关文章： DLC薄膜 Cr元素掺杂 Cr过渡层 电弧蒸发法 结构特征 性能分析

【摘要】：类金刚石(DLC)薄膜由金刚石相(sp3碳杂化结构)和石墨相(sp2碳杂化结构)组成,具有众多优良的性能,如硬度高、摩擦系数低、透光性能好、化学性质稳定,具有一定的生物相容性等。DLC薄膜作为一种新型薄膜材料,可被广泛应用在机械、光学、电子学、生物医学等领域。然而,在基础研究与实际应用过程中,发现DLC薄膜的缺陷,如较高的内应力,韧性和热稳定性差等,会削弱薄膜的性能和使用寿命。为此,科研人员展开了一系列的改性研究,发现通过对基底表面预处理、异质元素掺杂、构建过渡层,退火处理等都能有效改善薄膜的性能。本文主要研究利用Cr元素掺杂、Cr过渡层设计以及两者的协同作用对DLC薄膜结构和性能的影响。通过采用双激发源多弧(脉冲阴极弧和直流阴极弧)蒸发技术,即利用脉冲阴极弧发生器蒸发石墨靶材制备DLC薄膜,利用磁分离直流阴极弧蒸发Cr靶材,可以实现Cr元素掺杂或Cr过渡层沉积,在单晶硅和不锈钢基底上制备了DLC薄膜、铬过渡层/DLC薄膜(Cr/DLC),铬掺杂DLC薄膜(DLC:Cr)和铬过渡层／铬掺杂DLC薄膜(Cr/DLC:Cr)。通过Raman光谱仪分析薄膜的相结构、XPS分析薄膜的元素组成、AFM和SEM观察了薄膜的表面形貌,采用纳米压痕仪、台阶仪、摩擦磨损试验机分别测量了硬度和弹性模量、厚度和内应力、摩擦系数,并对薄膜的润湿性能和抗腐蚀性能进行了测试。重点研究了脉冲频率、直流阴极弧功率及Cr过渡层对薄膜的元素组成,相结构及性能的影响,为DLC薄膜的应用提供理论依据。
【关键词】：DLC薄膜 Cr元素掺杂 Cr过渡层 电弧蒸发法 结构特征 性能分析
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 类金刚石薄膜10-11
• 1.1.1 类金刚石薄膜的定义10
• 1.1.2 DLC薄膜的结构10-11
• 1.1.3 DLC薄膜的性能与应用11
• 1.2 DLC薄膜的制备方法11-13
• 1.2.1 液相沉积法11-12
• 1.2.2 化学气相沉积法12-13
• 1.2.3 物理气相沉积法13
• 1.3 薄膜的成分、结构和形貌表征13-14
• 1.4 薄膜的性能优化14-15
• 1.5 本文的研究目的及研究内容15-17
• 2 薄膜的制备、表征与测试17-29
• 2.1 镀膜装置及原理17-18
• 2.2 薄膜的制备流程18-20
• 2.3 薄膜的成分、结构和形貌表征20-23
• 2.3.1 拉曼光谱仪(Raman)20-21
• 2.3.2 X射线光电子能谱仪(XPS)21-22
• 2.3.3 原子力显微镜(AFM)22
• 2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)22-23
• 2.4 薄膜机械力学性能测试23-26
• 2.4.1 薄膜残的余应力23-24
• 2.4.2 膜-基结合力24-25
• 2.4.3 薄膜硬度与弹性模量25
• 2.4.4 薄膜的韧性25
• 2.4.5 薄膜的摩擦学性能25-26
• 2.5 薄膜润湿及抗腐蚀性能测试26-28
• 2.5.1 薄膜润湿性能26-27
• 2.5.2 薄膜抗腐蚀性能27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 Cr掺杂和Cr过渡层对类金刚石薄膜性能的影响29-39
• 3.1 实验仪器及耗材29-30
• 3.2 薄膜制备工艺参数30
• 3.3 薄膜结构、组成与形貌分析30-33
• 3.3.1 Raman光谱分析30-31
• 3.3.2 XPS分析31-32
• 3.3.3 AFM分析32-33
• 3.4 薄膜的机械力学性能33-37
• 3.4.1 内应力、膜-基结合强度和韧性33-35
• 3.4.2 硬度与弹性模量35
• 3.4.3 摩擦磨损性能35-37
• 3.5 薄膜的抗腐蚀性能37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 脉冲频率对DLC：Cr薄膜性能的影响39-47
• 4.1 实验仪器及耗材39
• 4.2 薄膜制备工艺参数39-40
• 4.3 薄膜结构、组成与形貌分析40-43
• 4.3.1 Raman光谱分析40-41
• 4.3.2 XPS分析41-42
• 4.3.3 AFM分析42-43
• 4.4 薄膜的机械力学性能分析43-44
• 4.5 薄膜的耐腐蚀性能44-46
• 4.6 本章小结46-47
• 5 阴极弧电流对DLC：Cr的性能影响47-53
• 5.1 实验仪器及耗材47
• 5.2 薄膜制备工艺47-48
• 5.3 薄膜结构、组成与形貌分析48-50
• 5.3.1 Raman光谱分析48
• 5.3.2 XPS分析48-49
• 5.3.3 AFM分析49-50
• 5.4 薄膜的机械力学性能分析50-51
• 5.5 薄膜的疏水性能及耐腐蚀性能分析51-52
• 5.6 本章小结52-53
• 6 Cr过渡层对Cr/DLC薄膜结构和性能的影响53-59
• 6.1 实验仪器及材料53
• 6.2 薄膜制备工艺53-54
• 6.3 薄膜结构、组成与形貌分析54-57
• 6.3.1 Raman光谱分析54-55
• 6.3.2 AFM分析55-56
• 6.3.3 机械力学性能分析56-57
• 6.4 疏水抗腐蚀性能分析57-58
• 6.5 本章小结58-59
• 全文结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-67
• 附录67

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1 张渊明,彭少洪,毛萱,杨骏,庞先杰,钟邦克;杂多化合物薄膜化催化剂与异丁烯选择氧化[J];石油化工;2001年01期

2 杨邦朝;曲喜新;;薄膜及其应用[J];材料导报;1988年11期

3 金秀龙,h渡角Ю，

本文编号：690634