類金剛石薄膜一般被人們稱為DLC薄膜,是英文詞匯Diamond Like Carbon的簡稱,它是一類性質(zhì)近似于金剛石,具有高硬度.高電阻率.良好光學(xué)性能等,同時(shí)又具有自身獨(dú)特摩擦學(xué)特性的非晶碳薄膜。
類金剛石薄膜由碳元素因碳原子和碳原子之間的不同結(jié)合方法,從而使其最終產(chǎn)生不同的物質(zhì):金剛石(diamond)—碳碳以 sp3鍵的形式結(jié)合;石墨(graphite)—碳碳以sp2鍵的形式結(jié)合;而如同緒論里所述類金剛石(DLC)—碳碳則是以sp3和 sp2鍵的形式結(jié)合,生成的無定形碳的一種亞穩(wěn)定形態(tài),它沒有嚴(yán)格的定義,可以包括很寬性質(zhì)范圍的非晶碳,因此兼具了金剛石和石墨的優(yōu)良特性;所以由類金剛石而來的DLC膜同樣是一種亞穩(wěn)態(tài)長程無序的非晶材料,碳原子間的鍵合方式是共價(jià)鍵,主要包含sp2和sp3兩種雜化鍵,而在含氫的DLC膜中還存在一定數(shù)量的C-H鍵。
類金剛石薄膜由兩個相同或不相同的原子軌道沿軌道對稱軸方向相互重疊而形成的共價(jià)鍵,叫做σ鍵。σ鍵是原子軌道沿軸方向重疊而形成的,具備較大的重疊程度,因此σ鍵相對穩(wěn)定。σ鍵是能圍繞對稱軸旋轉(zhuǎn),而不影響鍵的強(qiáng)度以及鍵跟鍵之間的角度(鍵角)。
類金剛石薄膜根據(jù)分子軌道理論,兩個原子軌道充分接近后,能通過原子軌道的線性組合,形成兩個分子軌道。其中,能量低于原來原子軌道的分子軌道叫成鍵軌道,能量高于原來原子軌道的分子軌道叫反鍵軌道。
類金剛石薄膜(DLC)是1種非晶薄膜,可分為無氫類金剛石碳膜(a-C)和氫化類金剛石碳膜(a-C:H)(圖2)兩類 。無氫類金剛石碳膜有a-C膜(主要由sp3和sp2鍵碳原子相互混雜的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成),以及四面體非晶碳(tetrahedral carbon,簡稱ta-C)(主要由超過80%的sp3鍵碳原子為骨架構(gòu)成);氫化類金剛石碳膜(a-C:H)又可分為類聚合物非晶態(tài)碳(polymer—like carbon,簡稱PLC)、類金剛石碳、類石墨碳3種,其三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中同時(shí)還結(jié)合一定數(shù)量的氫.
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