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(duì)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(duì)它們進(jìn)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(diǎn)”結(jié)構(gòu)表面形貌的純碳膜；對(duì)于在不同的氮?dú)夥謮合轮苽涞奶嫉∧?，隨著氮?dú)夥謮旱脑黾?，薄膜的表面粗糙度增加；?duì)于氮?dú)夥謮簽?0％時(shí)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?dú)馑急壤脑黾佣€性增加，而是在氮?dú)夥謮簽?0％時(shí)，氮含量達(dá)到飽和值～33％。隨著退火溫度的升高，在不同的氮?dú)夥謮合轮苽涞奶嫉∧ぶ械牡慷枷陆盗耍∧ぶ械侩S氮?dú)夥謮鹤兓内厔?shì)并未改變。 隨著氮?dú)夥謮旱脑黾樱∧ふw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?dú)夥謮合轮苽涞谋∧さ?/p>

3、穩(wěn)定性是不同的，退火過(guò)程中薄膜的演化過(guò)程與薄膜的初始結(jié)構(gòu)有關(guān)；在高氮?dú)夥謮合轮苽涞臉悠?，退火使其結(jié)構(gòu)變得更加地疏松，在較低氮?dú)夥謮合轮苽涞臉悠?，退火使其石墨化。在不同的氮?dú)夥謮合轮苽涞谋∧ぶ械母鞣N化學(xué)鍵的相對(duì)穩(wěn)定性不同。在高氮?dú)夥謮合轮苽涞臉悠?，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?dú)夥謮合轮苽涞臉悠?，在同樣的退火過(guò)程中，N-sp2C含量不變，C≡N沒(méi)有出現(xiàn)，同時(shí)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(shí)，摻Ni樣品的氮含量?jī)H為未摻雜樣品中氮含量的1/3。在室溫時(shí)，Ni的摻入對(duì)薄膜微觀結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有影響；在較高的退火溫度下，Ni的摻入對(duì)薄膜