碳基纳米结构薄膜的制备及构效关系研究

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题名	碳基纳米结构薄膜的制备及构效关系研究
作者	张斌
学位类别	工学博士
答辩日期	2011-05-16
授予单位	中国科学院研究生院
导师	张俊彦
关键词	多层石墨烯类富勒烯碳膜汽车摩擦学摩擦学性能纳米柱状结构 Multilayer graphenes Fullerene-like carbon films Motor engine Tribological properties Nanocolumns structures
学位专业	材料学
中文摘要	利用磁控溅射的方法制备了不同结构的碳基薄膜材料，详细考察了制备条件对薄膜结构及性能的影响，阐述了薄膜微观结构与其性能之间的联系。 1. 在CH₄气氛下溅射Ni靶成功地制备出了多层石墨烯复合碳膜（-100V）。多层石墨烯赋予了薄膜高的弹性恢复(82%)和较低的摩擦系数(0.06)。 2. 在CH₄气氛下，在偏压-1000V时，溅射Ni靶成功地制备出含氢类富勒烯结构碳薄膜(FL-C:H)，研究了N₂气氛对薄膜成分和结构的影响：在甲烷气氛下，制备出FL-C:H碳薄膜。随着N₂气流量比的加大，薄膜由类富勒烯结构变为类石墨结构，最终变为纳米Ni₃C镶嵌在非晶碳网络结构。FL-C:H碳薄膜较其他薄膜表现出低环境敏感性。 3. 室温条件下，在负载有Ni催化剂的Si表面成功制备了CNx纳米柱状结构；同时在温度为300 ℃时，在Si表面成功制备了CNx纳米柱状结构，考察了偏压对CNx纳米柱状结构的影响。Ni催化剂的存在对低温沉积CNx纳米柱状结构起关键作用，在120 ℃时Ni薄膜的surface和step-edge过程提供形核位置，降低形核能量。在300℃条件下，即使没有Ni催化剂的表面也可以成功沉积CNx纳米柱状结构，可是随着偏压的加大使得CNx纳米柱状结构逐渐消失。 4. 利用多靶磁控溅射设备，通过引入成分梯度过渡层，在发动机多个部件上沉积了FL-C:H碳薄膜。FL-C:H碳薄膜在工件表面的结合强度可以达到60 N以上，台架试验表明FL-C:H碳薄膜活塞可以大大提高燃油效率。
学科主题	薄膜材料
公开日期	2012-11-07
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.77.64.217/handle/362003/1707]
专题	兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	张斌. 碳基纳米结构薄膜的制备及构效关系研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011.