液相电沉积类金刚石薄膜的相关物理化学问题.pdf

第t7卷第3期 无机材料学报 VoI17．ND3 2002年5月 Journalof Materials Mav20(12 Inorganic 文章编号：1000—324X(2002)03·0571—08 液相电沉积类金刚石薄膜的相关物理化学问题 酒金婷1，一，付 强2，汪 浩2，朱鹤孙2 1北京服装学院材料I程系，北京100029；2北京理I大学材料中心，北京100081 摘 要：利用液相电沉积技术制备了含氢类金刚石薄膜(DLC)．讨论了应用电位和沉积碳源 对沉积过程和薄膜结构的影响；结果表明有高介电常数、低粘度、分子中甲基基团直接与极性 基团键合的有机液体是合适的沉积碳源；通过增加沉积电位将有利于薄膜中sp3碳的生长；最 后，作者提出丁液相沉积类金刚石薄膜的反应机理一极化一反应机制，在电场的作用r，有 机分子被极化并在电极表面反应生成DLC薄膜和其他产物． 关键词：DLC薄膜；液相电沉积；碳源；反应机理 中图分类号：0647文献标识码：A 1引言 由于低温甚至室温的沉积条件，近年来，液相电沉积技术制备碳薄膜的研究引起了广 泛的兴趣[“…．在足够高的外加电位作用下．有机分子在电极表面反应生成碳膜和其他产 物．碳的结构和性能与其制备条件密切相关，如反应沉积液(碳源)、沉积参数、电极材料 以及其它的影响因素．无论如何，到目前为止，还未见过有关选择不同的沉积碳源和详细 研究液相沉积条件的文献报道．因此，本文将通过选择不同的沉积碳源沉积DLC薄膜，来 研究碳源和沉积参数对沉积过程和薄膜结构的影响． 2液相沉积碳源的选择准则 自从1992年日本的Namba[1]尝试利用纯净乙醇液体来沉积碳膜以来，许多科学工作 者【2“】利用这种液相电沉积技术来获得DLC薄膜，但结果是不容乐观的：在含水乙醇或 乙二醇中仅仅获得石墨或玻璃碳材料阳】；最近，Wang[56】和Novikov[7]报道电阻率高达 108—10”ncm的DLC薄膜被获得，前者主要利用纯净甲醇做电沉积液，而后者是通过电 解乙炔的液氨溶液在阳极获得的．这些结果表明不同的沉积碳源对沉积薄膜的结构有很大 的影响因此，作者首先讨论沉积薄膜结构和碳源之间的关系(本文主要选择纯净的有机溶 剂作为实验用沉积液) 2．1碳源的介电常数 06—20 收穑日期：2001-0417，收到倍改稿日期：2001 基叠项耳：国家自然科学基金 作者简介 酒金婷(1969一)，女．讲师． 万方数据 572 无机材料学报 电合成是指利用电化学的方法合成化学物质，传统的电化学合成和电化学沉积技术人 多是在离子性的水溶液或有导电介质的有机溶液巾进行，溶液的导电能力强，因而合成过程 中通常不从外部施加电场，或只加很小的电压就能完成反应．而我们利用电化学沉积类金 刚石薄膜的方法是在非导电性的有机介质巾进行，介质中不含离子，主要靠有机分子的擞 化导电，而有机分子极化能力大都很弱，必须施加比较高的外加电位促使有机分予极化， 在电极表面放电发生反应分子的极化能力主要依靠其结构和性质，因此将进一步影响电 沉积过程的沉积产物． 电化学反直是通过电流来完 成电子的转移过程，电流密度反 映的是单位时间里通过反应截面 目 掣