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专家中迈德浅析类金刚石(DLC)

发布时间:2019-11-04

来源:http://www.zmdtckj.com/

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类金刚石是一种非晶碳,这种材料表现出很多与金刚石相类似的性质,DLC常常作为涂层材料使用.为了弄清楚类金刚石的概念,我们首先研究一下碳元素。

碳元素存在于自然界当中,我们平时看到的钻石、石墨、富勒烯、碳纳米管等等都是碳元素形成的。

碳元素有3种杂化键,sp1、sp2、sp3。这三种键的不同含量组合,构成不同形态的分子结构,从而表现出不同的性质。当碳原子以sp3键的杂化轨道行程共价键的时候,就会形成金刚石。当碳原子以sp2键的杂化轨道行程共价键的时候,就会形成石墨。当以碳原子sp2、sp3键混合杂化的时候,形成的就是类金刚石了。

类金刚石常常是以薄膜形式使用的,类金刚石薄膜具有高硬度.高电阻率.良好光学性能等,同时又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜。碳元素因碳原子和碳原子之间的不同结合方式,从而使其最终产生不同的物质:金刚石(diamond)—碳碳以 sp3键的形式结合;石墨(graphite)—碳碳以sp2键的形式结合;而如同绪论里所述类金刚石(DLC)—碳碳则是以sp3和 sp2键的形式结合,生成的无定形碳的一种亚稳定形态,它没有严格的定义,可以包括很宽性质范围的非晶碳,因此兼具了金刚石和石墨的优良特性;所以由类金刚石而来的DLC膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料,碳原子间的键合方式是共价键,主要包含sp2和sp3两种杂化键,而在含氢的DLC膜中还存在一定数量的C-H键。


类金刚石涂层DLC


由两个相同或不相同的原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠而形成的共价键,叫做σ键。σ键是原子轨道沿轴方向重叠而形成的,具有较大的重叠程度,因此σ键比较稳定。σ键是能围绕对称轴旋转,而不影响键的强度以及键跟键之间的角度(键角)。根据分子轨道理论,两个原子轨道充分接近后,能通过原子轨道的线性组合,形成两个分子轨道。其中,能量低于原来原子轨道的分子轨道叫成键轨道,能量高于原来原子轨道的分子轨道叫反键轨道。以核间轴为对称轴的成键轨道叫σ轨道,相应的键叫σ键。以核间轴为对称轴的反键轨道叫σ*轨道,相应的键叫σ*键。分子在基态时,构成化学键的电子通常处在成键轨道中,而让反键轨道空着。σ键是共价键的一种。它具有如下特点:第一点,σ键有方向性,两个成键原子必须沿着对称轴方向接近,才能达到重叠;第二点,成键电子云沿键轴对称分布,两端的原子可以沿轴自由旋转而不改变电子云密度的分布;第三点,σ键是头碰头的重叠,与其它键相比,重叠程度大,键能大,因此,化学性质稳定。共价单键是σ键,共价双键有一个σ键,π键,共价三键由一个σ键,两个π键组成。



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