非晶態(tài)碳氮薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì).pdf

1、本論文采用對向靶直流磁控濺射法制備了系列碳氮薄膜和摻Ni碳氮薄膜，并對它們進行了退火處理。利用原子力顯微鏡、X射線光電子譜、拉曼光譜、紅外光譜、高分辨透射電子顯微鏡、納米壓痕儀，分別研究了樣品的表面形貌、成分、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)。 在適當(dāng)?shù)臑R射功率和氣壓下制備出了具有“納米點”結(jié)構(gòu)表面形貌的純碳膜；對于在不同的氮氣分壓下制備的碳氮薄膜，隨著氮氣分壓的增加，薄膜的表面粗糙度增加；對于氮氣分壓為60％時制備的樣品，在650℃退火后，

2、樣品表面形成了棱錐狀的形貌。 制備態(tài)碳氮薄膜中的氮含量并不隨著濺射氣體中氮氣所占比例的增加而線性增加，而是在氮氣分壓為20％時，氮含量達到飽和值～33％。隨著退火溫度的升高，在不同的氮氣分壓下制備的碳氮薄膜中的氮含量都下降了，但薄膜中氮含量隨氮氣分壓變化的趨勢并未改變。 隨著氮氣分壓的增加，薄膜整體結(jié)構(gòu)趨于石墨化，即sp2雜化的碳原子數(shù)目不斷增加，并且彼此連接成層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)變得更加有序化。在不同的氮氣分壓下制備的薄膜的

3、穩(wěn)定性是不同的，退火過程中薄膜的演化過程與薄膜的初始結(jié)構(gòu)有關(guān)；在高氮氣分壓下制備的樣品，退火使其結(jié)構(gòu)變得更加地疏松，在較低氮氣分壓下制備的樣品，退火使其石墨化。在不同的氮氣分壓下制備的薄膜中氮的各種化學(xué)鍵的相對穩(wěn)定性不同。在高氮氣分壓下制備的樣品，隨著退火溫度的升高，N-sp2C含量不變，C≡N形成，N-sp3C完全消失；在較低氮氣分壓下制備的樣品，在同樣的退火過程中，N-sp2C含量不變，C≡N沒有出現(xiàn)，同時N-sp3C的含量只是減少

4、了一些，但并未消失。 Ni摻雜顯著改變了薄膜的表面形貌，使薄膜的表面粗糙度增加。由于室溫下少量的Ni與N形成化合物，因此Ni的摻入使薄膜中氮含量增加；隨著退火溫度的升高，在Ni摻雜的碳氮薄膜樣品中，不僅存在著碳氮鍵的分解，還存在鎳氮鍵的分解，因此摻Ni樣品中的氮含量下降得很快；當(dāng)退火至650℃時，摻Ni樣品的氮含量僅為未摻雜樣品中氮含量的1/3。在室溫時，Ni的摻入對薄膜微觀結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響；在較高的退火溫度下，Ni的摻入對薄膜