液相电化学沉积类金刚石及掺杂类金刚石薄膜研究

作     者：张记升 

作者单位：河南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张平余

授予年度：2008年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：类金刚石薄膜 掺杂类金刚石薄膜 电化学沉积 

摘      要：本文采用液相电沉积技术,首先在低电压下以不同浓度的乙腈水溶液作为碳源得到类金刚石薄膜。对得到的薄膜进行了一系列的结构表征和摩擦学性能测试,发现不同浓度的碳源,即碳源中水含量不同时,得到薄膜的结构和性能差别较大。碳源中水含量增大时,薄膜均方根粗糙度相应降低,组成薄膜的颗粒直径也逐渐减小。乙腈水溶液浓度为10%时,得到的电沉积薄膜致密均匀。而当乙腈水溶液浓度降到5%时,此时由于沉积过程中碳正离子浓度小,得到的薄膜颗粒不均。同时,拉曼光谱分析结果表明,随着碳源中水含量的增加,薄膜中sp3碳含量逐渐增加。薄膜的摩擦学性能测试结果表明,当乙腈水溶液浓度为10%时,薄膜与钢球的摩擦系数较低,且具有良好的减摩抗磨性能。润滑机理分析表明,类金刚石薄膜在摩擦磨损过程中形成转移膜。 另一部分是掺杂类金刚石薄膜的液相电化学合成。电化学沉积合成了掺氟和掺镍类金刚石薄膜。 氟掺杂类金刚石薄膜的碳源是三氟乙酸,沉积电压为2500V。较高的沉积电压在沉积过程中导致碳源在电极附近局部沸腾,产生大量气泡。这个过程可能导致薄膜的粗糙度增大。表征结果表明得到薄膜具有较高的粗糙度。氟的掺杂可以大大降低薄膜的表面能,得到的薄膜与水的接触角为150°左右。低表面能和一定的粗糙结构是形成超疏水材料的充要条件。 基于液相电化学沉积易于掺杂的优点,以二甲亚砜为碳源,醋酸镍为镍掺杂源,利用电沉积方法得到镍掺杂类金刚石碳薄膜。薄膜中镍部分被被氧化。而在镍掺杂薄膜中存在金刚石前驱体。