不同厚度TiN薄膜摩擦学性能研究

用中频磁控溅射镀膜机制备得到了各种厚度不同的TiN薄膜,研究了TiN薄膜的纳米硬度、膜基结合力、摩擦系数以及综合摩擦磨损性能。实验表明:用中频非平衡磁控溅射制备的TiN薄膜表面光滑,缺陷较少。但是,随着沉积厚度的增加,薄膜可能因内应力过大导致薄膜脱落;薄膜厚度随沉积时间延长而增大,但薄膜纳米硬度基本不变,约为21 GPa;划痕实验临界载荷随薄膜厚度增大逐渐增大,膜基结合力有所增强;但是如果薄膜太厚,可因内应力增大而膜基结合力减弱;材料摩擦系数随摩擦磨损实验所加载载荷不同而不同。在不同载荷下,所得摩擦系数分别对应薄膜、过渡层和基体材料的摩擦系数。在20 g、50 g、100 g不同载荷下,薄膜、过渡层和基体的摩擦系数分别为0.05、0.41、0.69;随薄膜厚度增加,在所加载载荷下,材料的综合抗磨损性能增强。     

甲烷流量对类富勒烯碳基薄膜结构与摩擦学性能的影响

以甲烷为前驱体,采用等离子体增强化学气相沉积( PECVD)技术沉积类富勒烯碳基( FL-C∶H)薄膜于单晶硅基底材料表面。利用高分辨透射电镜( HRTEM)和拉曼光谱仪( Ramman)对薄膜的结构形貌进行表征;通过原位纳米力学测试系统和摩擦磨损试验机分析比较薄膜在不同甲烷流量的情况下的力学特征及摩擦学特性。实验结果表明：所制备的碳基薄膜具有类富勒烯纳米结构特征,甲烷流量对类富勒烯碳基薄膜( FL-C∶H)的结构和性能具有较大的影响;薄膜的弹性模量、硬度以及薄膜中的类富勒烯结构随着甲烷流量的增加而减小,但是摩擦系数对甲烷流量的变化不敏感。     

高硼硅玻璃薄膜的磁控溅射沉积及性能研究

本文采用射频磁控溅射法,以高硼硅玻璃为靶材,在高硼硅玻璃基底上制备高硼硅玻璃薄膜。探讨磁控溅射法与熔融法制得的高硼硅玻璃的性能差异,研究磁控溅射功率对高硼硅玻璃薄膜质量的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、台阶仪、紫外可见(UV-Vis)分光光度计和纳米压痕仪器等对薄膜的物相结构、成分、沉积速率、透光率,以及纳米硬度和杨氏模量进行表征与分析。结果表明:本实验所制备的高硼硅玻璃薄膜为非晶态结构;当工作气压为0.6 Pa时,薄膜的沉积速率随溅射功率上升不断增加;对比不同溅射功率下的透光率,发现高硼硅玻璃薄膜对基体的透光性影响较小,当溅射功率为150 W,可见光透光率损失仅为2%;不同溅射功率下获得薄膜的纳米硬度和杨氏模量随溅射功率先增大后减小,在120 W时达到最大峰值,相较于原玻璃基底分别提升3%和3.5%。     

不同基底对电沉积制备ZnO纳米棒薄膜 光电转换性能的影响

选取不同的导电支撑物(FTO、ITO、不锈钢网、Ni网)作为基底,在其表面采用相同的电沉积参数制备得到ZnO纳米棒薄膜,详细探讨了不同基底物理化学性质对ZnO基光阳极形貌及光电性能的影响.研究表明:以ZnCl2与O2为前驱体,分别在未做预处理的空白FTO、ITO、Ni网、不锈钢网上施加-1.0 V的沉积电位,反应3600 s后均可得到棒状结构的ZnO纳米薄膜,但纳米棒的直径、密度以及结晶性相差较大.经紫外漫反射测试发现,虽然各基底上ZnO纳米薄膜对太阳光的响应范围相一致,但玻璃基底相较于柔性金属网基底具有较小的禁带宽度,电子跃迁所需能量较小.此外,I-V测试结果表明基于玻璃基底的ZnO基DSSC相较于柔性金属丝网基光阳极具有较大的光电转化效率,最高可达0.38;.     

高质量非晶金刚石薄膜的制备研究

利用自行研制的磁过滤等离子体技术(FCAP),并创造性地对衬底施加低频率周期性负偏压,在室温下的单晶硅表面上制备了高质量的非晶金刚石薄膜。用扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),红外吸收光谱(IR),纳米硬度计和摩擦试验仪对制备的非晶金刚石薄膜进行了结构和性能表征。实验结果表明:制备的非晶金刚石薄膜表面十分光滑,表面粗糙度仅为0.1nm;薄膜中sp3键成份高达70.7%,对应薄膜硬度达到74.8GPa,接近金刚石的硬度;薄膜摩擦系数在0.12~0.16之间。文中也讨论了偏压类型对沉积薄膜结构的影响。     

热蒸发法原位生长-维氧化锌纳米材料及其场发射特性研究

利用磁控溅射在ITO电极上沉积氧化锌薄膜,以氧化锌薄膜为种子层,采用热蒸发法合成ZnO一维纳米材料,利用XRD和SEM方法对氧化锌一维纳米材料的微观结构进行分析,测试其场发射性能.结果显示,氧化锌纳米材料为钉子状结构,每个氧化锌纳米钉由几微米大的钉帽和细棒组成,垂直于基底生长.场发射性能研究表明它具有较低的开启场强,高的发射电流和好的稳定性,是一种优良的冷阴极电子发射源.     

纳米结构WO3/TiO2复合薄膜的制备及应用进展

WO3/TiO2复合薄膜具有许多特性,是一种优良的光电功能薄膜材料.利用先进的制膜技术获得性能优异的纳米结构WO3/TiO2复合薄膜,对提高光电器件的性能及应用具有重要意义.本文着重介绍了溶胶-凝胶法、水热法、电沉积法和磁控溅射法制备纳米结构WO3/TiO2复合薄膜.总结了纳米结构WO3/TiO2复合薄膜在电致变色智能窗、光催化技术、湿度传感器上的应用.最后,针对纳米结构WO3/TiO2复合薄膜现状提出了未来发展趋势.     

热处理温度对Ni-P-TiN纳米镀层的结构及其摩擦学性能影响

为改善机械零件的表面性能,采用超声波辅助化学沉积方法,在45钢基体表面制得Ni-P-TiN纳米镀层,利用透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电镜、摩擦磨损试验机对其进行微观组织、机械性能及摩擦学性能研究.结果表明,镀态Ni-P-TiN纳米镀层主要由大量Ni和少量TiN组成,镍晶粒和TiN粒子的平均粒径分别为95nm和42 nm.当热处理温度达到300℃时,Ni-P-TiN纳米镀层中出现Ni3P相和NiO相,其显微硬度高达951.9Hv,其平均摩擦系数为0.43.     

氧分压对HfOxNy薄膜结构和力学性能的影响

采用射频磁控反应溅射法在不同氧分压条件下制备了氮氧化铪薄膜,薄膜沉积过程在氧气、氮气和氩气的混合气氛中进行,所用衬底为多光谱硫化锌材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜、纳米硬度计等分别研究了不同氧分压条件下HfOxNy薄膜的晶体结构、显微结构、力学性能等.结果表明:在氧分压为0.05～0.30范围内,HfOxNy薄膜都为多晶结构,但随着氧分压的降低,HfOxNy薄膜的沉积速率逐渐增大,薄膜的晶体结构由单斜氧化铪转变为氮氧化铪相;不同氧分压下沉积的HfOxNy薄膜都符合薄膜区域结构模型中典型的柱状结构且氧分压较低时薄膜表面粗糙度较大;不同氧分压条件下沉积的HfOxNy薄膜硬度和弹性模量都远大于衬底硫化锌的硬度和弹性模量,氧分压为0.15时最大硬度和弹性模量值分别为11.6 GPa和160 GPa.     

(Ti1-xAlx)N硬质涂层的研究进展

TiAlN作为一种三元复合纳米涂层材料,具有非常好的性能.该涂层克服了TiN涂层所存在的一些缺陷,其硬度远远高于TiN涂层,最高可达47GPa, 并且具有很好的热稳定性,在700℃高温下仍很稳定,而TiN涂层在500℃时就已被氧化.TiAlN涂层还具有抗磨损,摩擦系数小,热膨胀系数及热传导系数低等特性,这些特性与涂层中Al含量的多少有关,Al含量的改变会导致涂层微观结构的改变,从而使其性能发生变化.氮分压和基底温度对TiAlN涂层的性质有着极其重要影响.本文结合国内外对TiAlN涂层的最新研究进展,对TiAlN涂层的应用,制备方法,结构,抗氧化性及硬度作了简要论述.     

Effect of substrate temperature on the properties of reactively sputtered TiN/NbN multilayers

TiN/NbN multilayer coatings were deposited with various substrate temperatures by DC reactive magnetron sputtering method onto Si (111) and glass substrates. The effect of substrate temperature on the structural and optical properties of TiN/NbN multilayers was investigated by X‐ray diffraction, X‐ray photoelectron spectroscopy, Field emission scanning electron microscopy and Photoluminescence measurements. The composition was analyzed by X‐ray photoelectron spectroscopy. X‐ray diffraction results showed that the layers crystallized in cubic structure for TiN and hexagonal structure for NbN. It was found that grain size increased with increase in substrate temperature. The surface morphology of the TiN/NbN thin films showed a dense and smooth surface with substrate temperature upto 200 °C but after 300 °C, the grains became larger and coarse surface was observed. The TiN/NbN multilayer coatings exhibited the characteristic peaks centered at 180, 210 and 560 cm^‐1. Red band emission peaks were observed in the wavelength range of 700‐710 nm. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Mechanical properties of thin silicon films deposited on glass and plastic substrates studied by depth sensing indentation technique

This work concerns the characterisation of mechanical properties of thin amorphous and microcrystalline silicon films deposited on glass and polyethylene terephthalate substrates. The film/substrate indentation response has been investigated from the near surface up to film/substrate interface using depth sensing indentation technique. The universal hardness, Vickers hardness, elastic modulus, fracture toughness and creep resistance of the studied films have been determined. Particular attention has been paid to the effects of the flexible viscoelastic-plastic substrate on the indentation response of the film/substrate system.     

衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标,探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜,通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征,研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优取向生长的特点,其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关,当衬底温度为250 ℃,溅射功率160 W,氩气压强0.5 Pa,氩气流速8.3 mL/min,沉积时间60 min时,所得氧化锌薄膜样品取向性最好,晶粒尺寸最大,薄膜结构致密,具有良好的光学性能和结晶质量。     

衬底温度对碲化镉薄膜结构及光学性能的影响

碲化镉(CdTe)因具有良好的光电性能和吸收性能经常被作为太阳电池的吸收层材料.以纯度为99.99;的CdTe陶瓷靶为靶材在玻璃衬底上采用射频磁控溅射的方法制备了一系列的CdTe薄膜,研究了衬底温度对样品薄膜的厚度、结构和光学性能的影响.结果表明:随着衬底温度的增加薄膜的厚度在逐渐地减少;制备的薄膜都是立方闪锌矿结构且具有高度的(111)面择优取向;薄膜对可见光有较好的吸收性能,随衬底温度的增加而减小.     

蓝宝石衬底上磁控溅射法室温制备外延ZnO薄膜

在室温条件下,采用磁控溅射方法在蓝宝石(0001)衬底上制备了外延的ZnO薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、可见-紫外分光光度计系统研究了ZnO薄膜微观结构和光学特性.AFM测量结果表明ZnO薄膜具有较为均匀的ZnO晶粒,表面平整,具有较小的均方根粗糙度(0.9 nm);X射线衍射结果表明制备的ZnO薄膜为具有六角纤锌矿结构的外延薄膜;光学透射谱显示样品在可见光范围内具有较高的透过性,并在370 nm附近出现一个较陡的吸收边,表明在室温下制备出了具有较高质量的ZnO薄膜.     

Electrical and optical properties of titanium nitride coatings prepared by atmospheric pressure chemical vapor deposition

In order to examine the possibility for TiN coatings to be low-E, TiN coatings were deposited on the glass substrates by atmospheric pressure chemical vapor deposition using titanium tetrachloride (TiCl₄) and ammonia (NH₃) as precursors. X-ray diffraction, sheet resistance measurement, optical transmittance spectroscopy and infrared reflectance spectroscopy were carried out to determine the relationships between the preparation parameters and the microstructure, electrical and optical properties of the coatings. The results showed that the concentration of crystals increased with increasing the substrate temperature and the flow of TiCl₄, resulting in a decrease of the electrical resistivity. The optical transmittance of TiN thin films was strongly dependent on the gas flow and the substrate temperature. Under optimum conditions, continuous polycrystalline TiN coatings with FCC structure were obtained with an electrical conductivity around 34.5 Ω/□, an optical transmittance around 50% in the visible range, and an infrared reflectance higher than 50% above 3000 nm. This indicates that TiN coated glasses may be possible candidates for high IR reflectance windows.     

沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3 (SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3 (BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器.采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响.X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构.在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×104 A/cm2.漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理.实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性.     

A nanoindentation study of thick cBN films prepared by chemical vapor deposition

The mechanical properties of high-quality cubic boron nitride (cBN) films were systematically investigated by nanoindentation measurements performed in both cross-sectional and plan-view directions. The large film thickness (∼5 μm) allows the effective ruling out of both substrate and indenter size effects. The hardness and elastic modulus values were found to be 70 and 800 GPa, respectively, which are the highest values ever obtained on cBN films deposited by either PVD or CVD methods so far (comparable to those reported for cBN crystals synthesized by high-pressure high-temperature methods). The variation of hardness across the cBN film thickness was investigated. In conjunction with the transmission electron microscopic observations, the relationship of the hardness measured with the crystallinity and crystal size/grain boundaries was discussed.