「成果推荐」一种超硬非晶碳薄膜的制备装置和工艺

成果名称：一种超硬非晶碳薄膜的制备装置和工艺

交易信息：许可转让

成果信息：

1. 应用领域：新材料

2. 技术领域：先进制造技术

3. 技术成熟度：通过中试

成果简介

碳基薄膜包括种类很多，例如石墨、金刚石、非晶碳、石墨烯、碳纳米管、碳化硅、碳化钛等，因此碳基材料具有非常丰富的物理化学特性，一直是科学家研究的重点。碳基薄膜中 C 有四个价电子，可以有包含 sp3、sp2和 sp1三种杂化方式。

在 sp3 键组态中，碳原子的 4 个价电子分别与相邻碳原子结合，形成一个正四面体取向的 sp3杂化轨道，形成加强的σ键；在 sp2组态中，4 个价电子中的 3 个与相邻碳原子结合，形成平面三角形的 sp2杂化轨道，也是σ键，第 4 个价电子则处在垂直于平面的轨道,形成较弱的π键；而在 sp1组态中，只有两个价电子形成σ键，其它的两个则形成π键，根据 sp3、sp2和 sp1三种杂化方式的组合构成碳基材料的结构和物理特性。

当薄膜中以 SP2杂化键为主时，呈现出石墨的特性，当薄膜中以 SP3杂化键为主时，呈现了金刚石特性，通常称为金刚石或类金刚石膜(DLC)。金刚石薄膜具有高硬度、低摩擦系数、导热、绝缘、吸收紫外、抗辐射损伤、耐腐蚀等诸多优良的物理化学特性一直是科学家研究的热点课题。

金刚石薄膜分为单晶、多晶和非晶态材料，单晶和多晶金刚石材料常常是在高温下形成，而 DLC 是在常温下形成的一种亚稳态的非晶态材料，可分为含氢类金刚石膜（hydrogenated amorphous carbon，简称 a-C:H）和不含氢类（amorphous carbon，简称 a-C）。

一般 a-C 的 sp3键含量高于 a-C:H，所以也具有更高的硬度。当a-C中sp3键含量达70%以上，被称为非晶四面体碳（tetrahedral amorphous carbon，简称 ta-C）。

本项目即为ta-c 薄膜制备技术。衡量金刚石薄膜质量的方法主要是看其 SP3结构含量，含量越高，其性质越接近天然金刚石，如何得到高含量的 sp3键是科学家们研究的重点。

而目前国际上制备的金刚石薄膜以 ta-c 的 SP3含量最高，可以达到 85%以上，因此其性质最接近天然金刚石。本项目目前达到的水平为：SP3结构达到 87%，薄膜硬度 HV≥85Gpa，平整度 0.2nm，摩擦系数≤0.08，紫外吸收 97%以上。

2.国内外技术发展现状与趋势
本技术自从 1991 年由澳大利亚的 D.R.Mckenzie 和 D.Muller 研制成功，目前美国、英国、德国、新加坡、日本、韩国、澳大利亚、以色列、香港各国科学家都在努力将该技术应用于工业生产中。

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