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千赫兹飞秒脉冲激光制备类金刚石薄膜研究

张熹  
【摘要】: 类金刚石薄膜具有高硬度、良好的光学透过特性、极高的热导率、低摩擦系数和极好的理化性能,在科学研究、国防和工业等领域具有重要的用途,特别是它的高硬度和优异的光学性能,使之成为红外光学保护涂层的主要手段之一。 本论文采用千赫兹飞秒激光脉冲沉积方法,主要在室温条件下开展了制备类金刚石薄膜的技术研究,并通过优化激光参数,对类金刚石薄膜的制备工艺进行改善。实验使用重复频率为1kHz、脉冲宽度为50fs、波长为800nm的飞秒脉冲激光器直接烧蚀纯度为99.999%的石墨靶材,分别在石英材料、K9光学玻璃、单晶硅、单晶锗和硫化锌等不同的基底材料上制备了类金刚石薄膜,薄膜的平均生长速率约为85nm/min,并对类金刚石薄膜的光学特性、力学及理化性能进行了研究。Raman光谱研究表明,制备的类金刚石薄膜的D峰出现在1363cm-1处,G峰出现在1538cm-1处,属于典型的类金刚石Raman双峰结构光谱;在石英、单晶硅和硫化锌基底材料上制备的类金刚石薄膜均具有增透效果,其中硫化锌基底材料上的增透可达16%;AFM结构分析表明制备的类金刚石薄膜具有纳米结构。根据激光等离子体羽的分布,合理地优化了沉积结构,获得了膜层紧密、表面光洁、内应力小,直径为50mm的大面积、厚度均匀的类金刚石薄膜,为今后的实用化研究奠定了技术基础。


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