編號：CPJS06862
篇名：基于X射線光電子能譜定量分析金剛石自支撐膜高溫石墨化
作者：閆雄伯 魏俊俊 陳良賢 劉金龍 李成明
關(guān)鍵詞： 金剛石自支撐膜 石墨化 sp^2/sp^3雜化 紅外透過率 晶界 熱沖擊
機構(gòu)： 北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院
摘要： 目的針對金剛石紅外窗口在高溫環(huán)境下的石墨化失效問題進行研究。方法使用等離子體電弧發(fā)生器對CVD金剛石自支撐膜進行1500~1800℃熱沖擊實驗,雙面拋光后,采用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜儀、傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)對熱沖擊后的金剛石膜進行表征,著重通過X射線光電子能譜儀(XPS)對鍵合特征的演變與熱沖擊溫度之間的關(guān)系進行分析。結(jié)果熱沖擊后金剛石膜中的石墨主要存在于晶界處,晶界石墨化過程隨溫度升高而加快,并致使紅外透過率損失。在C1s結(jié)合能譜峰解析中,對比了一般的雙峰擬合與改進的三峰擬合兩種方法,通過引入AC成分,解決了雙峰擬合中sp^3與sp^2兩峰位的結(jié)合能差ΔEB不固定的問題。AC成分的出現(xiàn)是由于碳原子沒有形成完美的等性sp^3電子軌道雜化方式引起的,主要存在于金剛石膜重構(gòu)表面以及原子排列紊亂的晶界處,通過對比AC成分與sp^3成分含量之間的固定關(guān)系,論證三峰擬合的合理性。根據(jù)鍵合特征演變與紅外吸收變化獲得的金剛石膜石墨化活化能分別為227 kJ/mol和250 kJ/mol,結(jié)果一致性較好。結(jié)論晶界石墨化是導(dǎo)致熱沖擊后金剛石膜紅外透過性能損失的主要原因,建立了熱沖擊溫度與紅外透過率及sp^2碳含量之間的關(guān)系。
