類富勒烯含氫碳薄膜的直流制備及摩擦學(xué)性能的研究.pdf

1、本研究通過改變前驅(qū)體的參數(shù)和電源的能量，采用直流偏壓等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD），在單晶硅（100）基底成功合成了含氫類富勒烯碳基薄膜，與傳統(tǒng)類金剛石薄膜和用脈沖偏壓協(xié)助方案制備的含氫類富勒烯碳基薄膜相對比，考察了其類富勒烯納米結(jié)構(gòu)的含量與機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能之間的相互關(guān)系，并進(jìn)一步探討了直流偏壓電源制備的含氫類富勒烯碳基薄膜在不同的載荷，滑動速率，相對濕度條件的摩擦學(xué)性能。通過調(diào)控前驅(qū)體中不同流量的氬氣，嘗試控制薄膜中類

2、富勒烯納米結(jié)構(gòu)的含量，研究了類富勒烯納米結(jié)構(gòu)的含量對機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能的影響，從而找到他們之間的相應(yīng)關(guān)系，根深入的討論了含氫類富勒烯碳薄膜在大氣環(huán)境條件下的摩擦潤滑機(jī)理，為摩擦過程中納米結(jié)構(gòu)的演變提供理論支持。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以甲烷為前驅(qū)體，采用直流等離子體化學(xué)氣相沉積（dc-PECVD）技術(shù)，在單晶硅表面制備了含氫類富勒烯（FL-C:H）薄膜。簡化了含氫類富勒烯（FL-C:H）薄膜的脈沖偏壓協(xié)助等離子體化學(xué)氣相制備

3、過程（mc-PECVD），采用高分辨率透射電鏡和拉曼光譜確定了 FL-C:H薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和薄膜內(nèi)的類富勒烯結(jié)構(gòu)含量；采用納米壓痕和往復(fù)摩擦實驗對比了兩種方法制備的 FL-C:H與傳統(tǒng)的 DLC薄膜的機(jī)械性能及摩擦學(xué)性能；研究發(fā)現(xiàn)，與用脈沖偏壓協(xié)助方案制備的含氫類富勒烯薄膜相比，直流方案制備的 FL-C:H薄膜具有相似的微觀結(jié)構(gòu)，更優(yōu)異的機(jī)械特性及摩擦學(xué)性能，同時該薄膜表現(xiàn)了對載荷、滑動速率和相對濕度的低敏感性。⑵通過改變前驅(qū)體中氬氣的

4、流量，成功的制備了不同類富勒烯含量的含氫類富勒烯碳基薄膜，提出了在沉積的過程中氬等離子體對生長薄膜的持續(xù)刻蝕作用導(dǎo)致了類富勒烯結(jié)構(gòu)含量的不同。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氬氣的流量為30sccm的時候，薄膜具有最高的類富勒烯結(jié)構(gòu)含量，同時表現(xiàn)出最低的摩擦系數(shù)（0.014）和磨損率。因此我們認(rèn)為是卷曲的類富勒烯結(jié)構(gòu)賦予了薄膜優(yōu)異的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能。有趣的是，通過分析磨削的拉曼光譜我們發(fā)現(xiàn)在摩擦的過程中產(chǎn)生了新的類富勒烯結(jié)構(gòu)，通過分析發(fā)現(xiàn)，這些新的類富