类金刚石碳薄膜制备及其水润滑性能研究

【摘要】利用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碳(DLC)薄膜,并将其分别浸泡在经磁场处理和未经磁场处理的去离子水中。利用X射线光电子能谱仪、原位纳米力学测试系统和高速摩擦磨损测试仪分析和比较在水和磁化水中浸泡后DLC薄膜表面的变化情况。结果表明：磁场作用将改变经过DLC薄膜表面微孔或缺陷渗进薄膜内的水分子个数,进而诱导DLC薄膜表面发生变化。在含水环境中,比如液体水中,水分子参与反应并诱导C=C键朝向C-C或C-H键转化,并且氢原子将进入薄膜内中和膜内自由基,进而导致其硬度,摩擦因数升高。采用直流等离子体增强化学气相沉积技术沉积含氢类富勒烯碳(FL-C:H)薄膜.薄膜的结构被用HRTEM和Raman光谱所分析,并且Raman光谱通常采用与薄膜两个特征峰(ID/IG)经验方程来解释薄膜内纳米结构尺寸。结果显示：直流制备的FL-C:H薄膜含有一定程度的中程平行石墨片层堆积,且这种堆积与自身高的五元环有关。该薄膜也展现不错的硬度和在大气环境中超低摩擦系数。我们通过调节反应气体中H2的流量,制备了含有不同fullerene-like微结构含量的含氢碳膜,并考察了在自然环境条件下fullerene-like微结构含量与其摩擦学性能的关系。结果显示：氢化碳膜中fullerene-like微结构含量与其摩擦学性能成反相关的关系。fullerene-like微结构含量越高,摩擦系数和磨损率越低。我们采用Raman进一步不同fullerene-like微结构含量的薄膜的磨痕,发现了摩擦过程中fullerene-like微结构含量升高以及一个额外Raman峰在710cm-1出现。这个峰在他人研究中已经归结为石墨基平面的弯曲和碳纳米洋葱。我们由此认为摩擦诱导fullerene-like微结构含量的提升将为含氢类富勒烯碳薄膜的卓越的摩擦学性能负责。
【作者】王永富；
【导师】欧玉静；
【作者基本信息】兰州理工大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】类金刚石；水润滑性能；类富勒烯；超低摩擦系数；磨痕；

【参考文献】
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