1 Entwodiksyon
Diamond posede ekselan pwopriyete mekanik, optik, tèmik, ak elektrik, sa ki fè li yon materyèl tipik multifonksyonèl ak kandida aplikasyon laj nan anpil domèn gwo -tankou ayewospasyal, enèji, detèktè entèlijan, ak machin presizyon [1]. Avèk demann lan ogmante pou dyaman, rezèv natirèl dyaman yo limite ak trè chè, ki pa ka satisfè bezwen sosyal k ap grandi yo. Se poutèt sa, chèchè yo te kontinyèlman eksplore nouvo metòd pou sentèz dyaman atifisyèlman.
Metòd prensipal yo pou prepare dyaman sentetik yo se metòd wo -presyon wo-tanperati (HPHT) ak depo chimik vapè (CVD). Dyaman patikil sentèz pa metòd HPHT yo sitou piti nan gwosè e souvan gen yon gwo kantite enpurte katalis. Pakonsekan, dimansyon aplikasyon yo limite, sitou nan abrazif ak zouti (egzanp, dyaman polikristalin, PCD) [2]. Nan dènye ane yo, teknoloji depo chimik vapè (CVD) te parèt kòm yon pwen rechèch trè pwomèt. Kristal Diamonds ki prepare pa CVD gen gwosè grenn ak fòm kristal ki pi pre sa yo ki nan dyaman natirèl epi yo montre pwopriyete ekselan [3].
2 Preparasyon fim Diamond pa CVD
Metòd CVD se yon teknoloji kle pou prepare fim mens pa mwayen chimik. Li te lajman itilize nan preparasyon divès kalite materyèl fim mens epi li se tou yon metòd enpòtan pou pwodwi fim dyaman. Nan dènye ane yo, rechèch sou sentèz fim dyaman pa CVD te pwogrese rapidman, ak gwo -pwodiksyon ak kapasite aplikasyon yo te reyalize kounye a.
2.1 Mekanis kwasans [4]
CVD sentèz dyaman jeneralman enplike dekonpozisyon kabòn-ki gen précurseurs lè l sèvi avèk enèji nan yon atmosfè rediksyon pou jenere idwojèn atomik, ki fasilite kwasans dyaman. Pwosesis kwasans lan espesyalman gen ladan etap debaz sa yo: (1) Precursor a (egzanpifye pa CH₄) prezante nan reyaktè CVD la; (2) Précurseur gaz la dekonpoze pa enèji (plasma oswa enèji tèmik) nan radikal gratis (CₓHᵧ, elatriye); (3) Radikal lib fè kolizyon youn ak lòt jiskaske yo rive nan sifas substra a; (4) Radikal gratis adsorbe sou sifas substra a; (5) Radikal lib adsorbe yo dekonpoze pou fòme espès kabòn aktif epi difize sou sifas la; (6) Espès aktif fòme lasi dyaman an; (7) Espès ki pa-aktif (tankou idwojèn) desorbe nan sifas la, fòme molekil idwojèn oswa lòt pa-pwodwi; (8) Pa-pwodwi yo difize lwen sifas la atravè kouch fwontyè a epi yo finalman retire pa koule gaz an gwo.
2.2 Teknik Preparasyon
Depi aparisyon preparasyon dyaman CVD nan ane 1980 yo, chèchè yo te fè etid pwofondè -, ki mennen nan devlopman divès metòd CVD [5]. Kounye a, teknik preparasyon fim dyaman ki gen matirite gen ladan filaman cho CVD (HFCVD), mikwo ond plasma CVD (MPCVD), ak dirèk aktyèl arc plasma jè CVD (DCPJCVD).
2.2.1 Filaman cho CVD (HFCVD)
Nan metòd HFCVD, gaz idrokarbone tankou metàn (CH₄) ak asetilèn, ansanm ak idwojèn (H₂), yo prezante nan chanm reyaksyon an. Tanperati filaman an nan chanm lan se pi wo pase 2000 degre, ak gaz melanje a dekonpoze nan tanperati ki wo pou pwodwi sp³ ibrid kabòn radikal ki nesesè pou sentèz dyaman, ki Lè sa a, fòme yon fim dyaman sou sifas la substra [6].
Metòd HFCVD a gen avantaj ki genyen nan ekipman senp, gwo pousantaj depo fim, operasyon fasil, pri ki ba, ak teknoloji ki gen matirite. Li te lajman itilize nan pwodiksyon endistriyèl epi li se tou youn nan metòd prensipal yo pou prepare kouch dyaman mikrokristalin, kouch dyaman nanokristalin, ak dyaman -tankou kouch kabòn [2]. Dezavantaj li yo enkli: filaman an cho pa eksite gaz la nan yon wo degre, ak filaman nan tèt li ka kontamine fim nan dyaman; filaman an gen tandans fè deformation pandan chofaj, ki degrade inifòmite fim nan depoze; ak filaman an gen yon lavi kout, sa ki fè li pa apwopriye pou depozisyon alontèm echantiyon fim epè [7].
Kounye a, rechèch sou preparasyon fim dyaman lè l sèvi avèk HFCVD se relativman matirite tou de domestik ak entènasyonalman. Sepandan, plis eksplorasyon toujou bezwen sou kòman yo ajiste paramèt pwosesis yo amelyore kalite fim dyaman [2]. Paramèt pwosesis kle yo enkli pousantaj koule gaz ak rapò, tanperati filaman, kalite substra ak tanperati, ak presyon chanm reyaksyon.
2.2.2 Aktyèl Dirèk Plasma Jet CVD (DCPJCVD)
Metòd DCPJCVD a se yon teknik inik CVD kwasans dyaman devlope pa chèchè Chinwa [4]. Prensip li se sèvi ak gwo -dechaj DC arc pou eksite yon gaz reyaksyon sitou ki konpoze de CH₄-H₂{-Ar nan yon plasma, ki answit ekspilse a gwo vitès sou sifas substra a, depoze yon fim dyaman [7].
Konpare ak lòt teknik depo CVD, DCPJCVD gen avantaj ki genyen nan pousantaj depo ki pi wo a, vòltaj egzeyat ki ba, segondè aktyèl egzeyat, wo degre ionizasyon, dansite plasma segondè, ak zòn depo gwo. Pousantaj maksimòm depo li yo ka rive jwenn 1000 μm / h, sa ki fè li apwopriye pou pwodiksyon fim dyaman gwo -zon. Li se kounye a metòd ki pi rapid pou sentèz fim dyaman, men li mande envestisman ekipman enpòtan, pwosesis konplèks, ak inifòmite fim nan toujou bezwen amelyorasyon [4].
Nan Lachin, University of Science and Technology Beijing ak Hebei Academy of Sciences ansanm devlope ak rafine teknoloji sa a [8]. Kounye a, fim dyaman ki prepare pa DC arc plasma jè teknoloji nan Lachin yo nan yon nivo avanse an tèm de bon jan kalite ak zòn konpare ak sa yo ki te pwodwi pa menm metòd la aletranje, ak pwodwi fim dyaman ki gen rapò te deja antre nan mache entènasyonal la an gwo kòm materyèl zouti superhard.
2.2.3 Microwave Plasma CVD (MPCVD)
Nan metòd MPCVD pou preparasyon fim dyaman, gwo -champ elektwomayetik frekans ki te pwodwi pa yon magnetron mikwo ond lakòz elektwon yo osile kouray nan yon espas ki fèmen. Elektwon sa yo fè kolizyon entans ak molekil gaz ak atòm nan espas la, iyonize gaz la ak jenere radikal aktif tankou -CH₃ ak H. Espès aktif sa yo sibi reyaksyon fizikochimik, deplase nan direksyon substra a, ak Lè sa a, adsorbe, difize, nwaye, epi grandi sou sifas substra a, finalman bay yon fim dyaman [9].
Yon karakteristik remakab nan MPCVD se ke plasma mikwo ond lan ka reyalize egzeyat ki estab san elektwòd atravè gwo -frekans jaden elektrik la, kidonk diminye kontaminasyon echantiyon an. Anplis de sa, mikwo ond lan lakòz osilasyon gaz wòdpòte, efektivman aktive gaz la ak jenere plasma ki gen gwo -dansite, ki pèmèt kwasans fim dyaman ki gen bon kalite-[10]. Difikilte a se nan fòme yon zòn depo gwo ak inifòm, ki afekte pa anpil faktè, ki gen ladan distribisyon an jaden elektrik nan kavite a, varyasyon tanperati substra, pouvwa mikwo ond, ak distribisyon radikal aktif. Anplis, pousantaj depo fim dyaman an jeneralman pi ba pase sa DC arc plasma jè CVD [4].
Pou konpanse pou pousantaj depo ki ba MPCVD, chèchè etranje yo te kontinye ogmante pouvwa D 'nan ekipman an amelyore to a depo. Plis pase dè dekad nan devlopman, pouvwa a te leve soti nan kèk santèn wat a prèske 100 kW, siyifikativman amelyore zòn nan depo, pousantaj depo, ak kalite fim dyaman. Rechèch domestik sou preparasyon MPCVD dyaman te kòmanse relativman an reta, men atravè rechèch ak devlopman kontinyèl, Lachin te lajman kenbe vitès ak pwogrè entènasyonal, menm si twou vid ki genyen yo rete nan bon jan kalite ak aplikasyon komèsyal yo. Nan 20 ane ki sot pase yo, ekip rechèch domestik yo te konsantre sou konsepsyon resonator pou pouswiv gwo -devlòpman dyaman komèsyal [11].
3 Aplikasyon Diamond Films
3.1 Aplikasyon optik
Fim Diamond posede ekselan pwopriyete optik, ki gen ladan gwo transmisyon, endèks refraktif ki ba, ak gaye ki ba. Yo souvan itilize yo pou fabrike fenèt optik, lantiy optik, ak lòt konpozan, ak kandida aplikasyon eksepsyonèl nan domèn gwo-teknoloji tankou militè, kominikasyon, ak teknoloji satelit. Fim Diamond yo gen ekselan pwopriyete fizikochimik, patikilyèman bon transmisyon soti nan iltravyolèt la byen lwen-enfrawouj ak mikwo ond. Lè yo itilize pou fenèt optik, yo ka efektivman evite efè lantiy tèmik, ewozyon lapli, ewozyon sab, ak deformation optik. Anplis de sa, yo souvan itilize fim dyaman nan fenèt ak mask reyon X-, sib transmisyon reyon X, lantiy optik, ak lòt aparèy [12].
3.2 Aplikasyon tèmik
Nan tan lontan an, gwo dansite, gwo pouvwa, ak ti volim te vin tandans kontinyèl yo nan devlopman nan aparèy elektwonik nan jaden an mikwo-elektwonik. Sepandan, ak tandans sa a, chalè ki te pwodwi pa eleman yo ap ogmante anpil. Fim dyaman CVD yo gen pwopriyete ki konparab ak dyaman natirèl, espesyalman yon koyefisyan ekspansyon tèmik ki ba anpil, konduktiviti tèmik ultra-segondè, ak izolasyon elektrik. Yo se materyèl ideyal chalè koule ak materyèl anbalaj, lajman ki itilize nan gwo -aparèy lazè pouvwa, gwo -sikwi entegre echèl, tranzistò pouvwa RF, gwo -fenèt optik pouvwa, ak lòt aparèy.
3.3 Aplikasyon Acoustic
Avèk adopsyon toupatou nan ekipman odyo, demann konsomatè pou bon jan kalite oratè yo te piti piti ogmante. Konpare ak materyèl dyafram tradisyonèl tankou fib kabòn, seramik, ak beryllium, fim dyaman gen pi ba dansite ak pi wo modil elastik. An menm tan an, limit grenn yo nan fim dyaman polikristalin ka bay friksyon ideyal entèn, ba yo pwopriyete konplè byen lwen siperyè ak sa yo ki nan materyèl tradisyonèl yo, fè dyaman yon chwa ekselan pou dyafragm oratè. Anplis de sa, lè l sèvi avèk gwo vitès acoustic medya se yon mwayen kle ogmante frekans nan fonksyone nan aparèy. Diamond se kounye a materyèl ki gen pi gwo vitès pwopagasyon acoustic li te ye, sa ki ka amelyore anpil frekans fonksyònman aparèy vag acoustic sifas (SAW), sa ki pèmèt entèkonvèsyon nan siyal RF ak vibrasyon mekanik, epi ofri kandida aplikasyon laj nan satelit, kominikasyon mobil, ak lòt jaden [10].
3.4 Aplikasyon elektrik
Akòz bandgap lajè dyaman, segondè elèktron ak twou mobilite, segondè pann elektrik jaden, ba konstan dielectric, segondè rezistivite, ak segondè konduktiviti tèmik, li trè apwopriye pou aparèy semi-conducteurs trè entegre opere anba tanperati ki wo, segondè patipri, gwo pouvwa, ak kondisyon radyasyon segondè. Se poutèt sa, dyaman espere ranplase Silisyòm kòm yon materyèl ideyal pou aparèy elektwonik ki dwe opere seryezman nan kondisyon difisil tankou tanperati ki wo ak rezistans radyasyon.
3.5 Aplikasyon byomedikal
Fim Diamonds konbine bon byokonpatibilite, ekselan pwopriyete mekanik, ak estabilite chimik, sa ki fè yo trè pwomèt pwochen -biomateryèl jenerasyon. Pwopriyete mekanik siperyè yo ak estabilite chimik yo ka redwi anpil usure ak korozyon elektwochimik nan implants ki kouvri dyaman -. Sifas modifyabilite, biocompatibility, ak ekselan konduktiviti elektrik apre dopaj nan fim dyaman CVD tou fè yo ekselan sipò pou biosensors. Konpare ak lòt sipò, biodetèktè ki baze sou substrats fim dyaman ofri pi wo estabilite, fyab, ak sansiblite.