氟化类金刚石薄膜组分与表面形貌的调控及其疏水机理研究

本课题以获得优异疏水性能的氟化类金刚石（F-DLC）薄膜为目的，采用实验研究与理论研究相结合的方法，探索F-DLC薄膜的疏水机理。课题拟采用射频等离子体增强化学气相沉积法制备F-DLC薄膜样品，通过合理设定制备条件参数（沉积功率、温度、气体流量比），实现对F-DLC薄膜的组分、结构及表面形貌的有效调控，借助XPS、FTIR、AFM、SEM等现代分析测试手段对薄膜样品进行表征，分析样品中sp3与sp2杂化结构、F的相对含量以及薄膜表面形貌与制备条件的关系，尤其对薄膜样品中F的相对含量及C-Fx（x=1,2,3）基团含量进行重点分析。在获得薄膜疏水性实验结果的基础上，从热力学角度建立有限元算法的数学模型，进行数值模拟计算，揭示薄膜组分、结构、表面形貌与疏水性能之间的内在关系，阐明F-DLC薄膜的疏水机理，并期望揭示薄膜材料表面浸润现象的一些基本规律及其科学本质。

本项目采用实验研究与理论分析相结合的方法，研究了氟化类金刚石（F-DLC）薄膜的组分、键合结构、表面形貌和制备工艺参数及物理性能之间的内在关系，探索了F-DLC薄膜的疏水机理。采用射频等离子体增强化学气相沉积法制备F-DLC薄膜样品；借助X射线光电子能谱仪、傅里叶变换红外吸收光谱仪、拉曼光谱仪和原子力显微镜等现代分析测试手段对样品了进行表征，分析了样品中sp3与sp2杂化结构、F的相对含量以及薄膜表面形貌与制备条件的关系。通过合理控制沉积功率、沉积温度、气体流量比、掺杂和退火等制备和处理条件，实现了对F-DLC薄膜的组分、键合结构和表面形貌的有效调控。采用四探针测试仪、紫外-可见光谱仪和静滴接触角/表面张力测量仪，测量了F-DLC薄膜样品的电学、光学、力学和疏水性等物理化学性能。通过研究，获得了薄膜组分、键合结构、表面形貌与疏水性能之间的内在关系，获得具有优异疏水性能的F-DLC薄膜材料。揭示了F-DLC薄膜的疏水机理，为制备优良的疏水薄膜，提供了理论和实验参考。在本项目的支持下，课题组在国内外学术期刊发表SCI/EI收录论文9篇，很好地完成了课题预期计划的任务，初步形成了一支有鲜明特色的碳基薄膜材料科研团队。