荷能离子作用对氧化铝颗粒表面类金刚石薄膜生长特性的影响

安政杰; 赵军平; 艾志军; 吴治诚; 张乔根

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (3) : 189 -200.

安政杰, 赵军平, 艾志军, 吴治诚, 张乔根

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

为掌握表面改性氧化铝颗粒的过程中颗粒表面类金刚石薄膜形貌的调控方法，基于空心阴极放电等离子体表面沉积系统，研究了不同形式的外施电压作用下，生长在氧化铝颗粒表面的类金刚石膜层的形貌特征及不同膜层形貌的形成机制。通过对在不同条件下沉积的类金刚石膜层的形貌观测发现，直流电压作用下，膜层会完全保留颗粒的本征形貌特征；脉冲电压作用下，膜层表面存在大量岛状凸起结构，并基于膜层的生长模式和荷能离子与基底发生的相互作用分析了膜层会出现上述两种形貌的原因。当膜层尚未完全覆盖氧化铝时，化学键键能的差异使得碳原子在氧化铝表面会倾向于形成岛状结构，基底表面电荷积聚引起的离子通量密度空间不均匀分布则会使得膜层趋于均匀生长。当膜层完全覆盖氧化铝后，高能离子会引发膜层表面碳原子产生横向位移，使得膜层趋于平滑。为使类金刚石膜层能够在氧化铝颗粒表面形成岛状结构，应限制脉冲电压的占空比及电压幅值，以限制积聚的电荷量，同时应降低能量大于350 eV的离子占比，使得岛状结构能够保留。研究结果表明，通过调控制备参数在氧化铝粉体颗粒表层沉积具有岛状结构的类金刚石膜层可提高颗粒比表面积，有利于改善颗粒与环氧树脂基体的结合性能。