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多彩類金剛石薄膜助力快速分類

發(fā)布時(shí)間:2022-07-11  瀏覽次數(shù):304

      鉆石也叫做金剛石、金剛鉆?!皼](méi)有金剛鉆別攬瓷器活”,鉆石除了作為珠寶首飾,它的用途也十分廣泛,比如玻璃等切割、研磨,紫外、輻射探測(cè)器,光刻技術(shù),污水處理,微納傳感器,高功率激光窗口等等。

      然而,由于天然金剛石儲(chǔ)量有限,人造金剛石成為人們工業(yè)應(yīng)用的首選,但仍然存在制備溫度高、成膜面積有限、基材結(jié)合性差等缺點(diǎn)。為此,科學(xué)家發(fā)明了幾乎可以媲美金剛石的材料:類金剛石碳基(英文:Diamond-like Carbon,縮寫DLC)薄膜。

      在很多方面DLC有著和金剛石相近的性能,這也正是DLC名字——像金剛石一樣的碳——由來(lái)的主要原因。當(dāng)前,DLC薄膜,由于具有優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性、獨(dú)特的光學(xué)特性,已廣泛應(yīng)用于精密儀器、汽車電子、醫(yī)療器材、國(guó)防工業(yè)等重要領(lǐng)域

      然而,DLC薄膜是一種非晶態(tài)薄膜碳材料,從成鍵形式來(lái)看,其結(jié)構(gòu)中不僅存在著碳元素的3種雜化鍵,sp、sp2、sp3,同時(shí),由于制備技術(shù)的影響,結(jié)構(gòu)中還存在少量的氫元素。這幾種成鍵形式和元素的不同組合,構(gòu)成不同形態(tài)的DLC結(jié)構(gòu),從而表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。也因?yàn)镈LC薄膜中含有上述不同形式的微結(jié)構(gòu),使得DLC薄膜可以根據(jù)微結(jié)構(gòu)的含量差異而分為不同的種類。其中sp3雜化碳含量很高,幾乎不含氫的四面體類金剛石薄膜(ta-C),其各項(xiàng)性能最接近于金剛石。而當(dāng)薄膜中氫元素含量增加時(shí),薄膜會(huì)逐漸演變?yōu)?CHx結(jié)構(gòu)主導(dǎo)的類高聚物碳膜(PLC),各項(xiàng)性能則會(huì)出現(xiàn)完全不同的情況。

      于是,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在DLC薄膜應(yīng)用的過(guò)程中,選擇合適種類的DLC薄膜顯得尤為重要。因此,DLC薄膜的分類以及分類標(biāo)準(zhǔn)的制定,直接影響了其在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的DLC薄膜分類方法通常需要根據(jù)DLC薄膜的微結(jié)構(gòu)定量分析來(lái)完成。然而,這一方法需要基于大型同步輻射光源的X射線近邊吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(NEXAFS)分析碳元素的成分和狀態(tài);需要大型靜電加速器的盧瑟福背散射彈性反沖(RBS/ERDA)或者中子源等分析氫元素含量,執(zhí)行起來(lái)非常困難。因此,一般實(shí)驗(yàn)條件難以實(shí)現(xiàn)對(duì)DLC的準(zhǔn)確分類,從而導(dǎo)致DLC在應(yīng)用領(lǐng)域難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控和定量研發(fā)。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的DLC薄膜合成過(guò)程中,研究人員發(fā)現(xiàn),合成出來(lái)的DLC薄膜會(huì)因?yàn)椴煌暮铣蓷l件展現(xiàn)出不同的顏色狀態(tài),DLC薄膜的顏色也許能夠用來(lái)簡(jiǎn)單的判斷DLC的種類。


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