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阴极模式/阳极模式制备无定型碳膜

李扬  
【摘要】:用脉冲直流电源,以硅片和钛片为衬底,低温(50~60。C)常压条件下,在阴极和阳极上分别沉积了无定形碳薄膜。利用扫描电镜观察薄膜的表面形貌,拉曼光谱和红外光谱分析薄膜的结构,利用UMT-2微摩擦系统测试薄膜的力学性能。 电解纯有机试剂沉积碳膜电压范围为1000~3000V,而以去离子水作为添加剂,可以将沉积电压降低至600v,碳膜的生长速率也得到提高。制备的薄膜表面光滑,由纳米球形颗粒组成。选择乙酸的水溶液做电解液可以进一步降低将沉积电压到100-200V,这可能与电解液中的自由氢离子有关。根据实验现象和表征结果,本文从两个全新的角度分析讨论了含氢碳膜的生长机理。我们首先提出当电解有机试剂时,电极附近会形成双电层,双电层的形成直接导致反应过程中电流密度的变化。然后,引入了热力学耦合模型,指出了氢原子在降低沉积电压起着核心作用,并进行了相关实验验证。 阳极沉积模式中,电解纯甲醇在钛片上生长得到了力学性能优良的无定型碳膜,并研究了电压(200~2000V)对薄膜性能结构和形貌的影响。拉曼分析表明,所有的薄膜在1350cm-1和1580cm-1处有类金刚石的特征峰:D峰和G峰。当脉冲偏压为1200v时,拉曼光谱在1325~1330cm-1处有尖锐峰,表明了沉积的薄膜中含有金刚石相。我们讨论了有机分子在电场作用下断键机理,并给出了阳极生长碳膜的沉积机理。此后,我们研究了去离子水对阳极制备碳膜的影响。发现羟基容易被阳极捕获导致薄膜中不可避免的含有一定量的氧元素。拉曼光谱表明,阳极上得到的碳膜的G峰都向低波数方向发生偏移。


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