纳米结构碳基薄膜的制备及性能研究.pdfVIP

2016年 2月 润滑与密封 Feb．2016 第41卷 第2期 LUBRICATION ENGINEERING V01．41No．2 DOI：10。3969／j．issn．0254—0150．2016．02．017 纳米结构碳基薄膜的制备及性能研究 刘广桥 董丽梅 李菊生 吴明永 张俊彦 (1．兰州城市学院培黎石油工程学院 甘肃兰州 730070； 2．中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室 甘肃兰州 730000) 摘要：利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积含氢碳薄膜，用高分辨透射电子显微镜 和激光拉曼光谱仪研究薄膜的微观结构，用x射线光电子能谱分析薄膜的化学键状态，并用纳米压痕仪测定薄膜的硬 度和弹性模量，在 CSM往复式摩擦磨损试验机上考察薄膜的摩擦学性能。结果表明：在单极脉冲等离子体增强化学气 相沉积系统上成功制备出在非晶基体上镶嵌弯曲类富勒烯纳米结构的含氢碳薄膜，其独特的类富勒烯纳米结构赋予薄 膜 良好的力学性能，其弹性恢复系数和硬度分别高达86％和26．37GPa；与非晶结构薄膜相比，制备的纳米结构含氢 碳薄膜在室温环境下摩擦学性能更为优异 ，在机械摩擦表面具有广阔的应用前景。 关键词：纳米结构；碳薄膜；摩擦学；力学 中图分类号：TH117．1 文献标志码：A 文章编号：0254—0150(2016)02—086-04 PropertiesandPreparationofNanostructureCarbon—basedFilm LIU Guangqiao · DONG Limei LIJusheng WUMingyong ZHANG Junyan (1．BeilieSchoolofPetroleumEngineering，LanzhouCityUniversity，LanzhouGansu730070，China； 2．StateKeyLaboratoryofSolidLubrication，Lanzhou InstituteofChemicalPhysics，ChineseAcademyofSciences， LanzhouGansu730000，Chian) Abstract：ThehydrogenatedcarbonfilmsweredepositedonSi(100)substratesbyanunipolarplasmaenhancedchem— icalvapordepositiontechnology．HighresolutiontransmissionelectronmicroscopyandlaserRaman spectroscopywereused tostudythemicrostructureoftheas—depositedfilm．X-rayphotoelectronspectroscopewasusedtoanalyzethechemical bondingstateofthefilm．Nanoindentationwasusedtoprobethehardnessandelasticmodulusandthetribologicalproper— tiesofthefilm wereevaluated0naCSM commercialreciprocatingball—on—disktribometer．Theresultsshowthatthehydro— genatedcarbonfilmswithnanometersizecurvedfullerene—likestructuresembeddedintheamorphouscarbonmatrixare successfullyfabricatedon plasmaenhancedchemicalvapordeposition system．Thebettermechanicalpropertiesthatthe elasticrecovery coefficientand