脈衝激光沉積類金剛石膜技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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程勇 等 著

圖書標籤:

• 金剛石膜
• 脈衝激光沉積
• 薄膜技術
• 材料科學
• 錶麵工程
• 物理氣相沉積
• PVD
• 激光技術
• 塗層技術
• 納米材料

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030515513

版次：1

商品編碼：12225260

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-05-01

用紙：膠版紙

字數：535000

正文語種：中文

內容簡介

　　脈衝激光沉積技術是一種研究和開發新型高性能材料的有效途徑，在製備新型碳材料——類金剛石膜方麵，以其獨有的特點，逐漸顯現齣填補傳統技術空白的優勢。但是，脈衝激光沉積技術製備的類金剛石膜也存在一些固有的缺陷，如內應力大、大麵積不均勻等問題。如何采用脈衝激光沉積技術製備齣具有工程應用價值的類金剛石膜，一直是國內外相關領域研究者的目標。《脈衝激光沉積類金剛石膜技術》共7章內容。從介紹類金剛石膜性質、組成、製備及應用入手，闡述脈衝激光沉積技術及其在製備類金剛石膜方麵的機理和優點、缺點，以及類金剛石膜的測試與錶徵；詳細討論激光參數、基底狀態、靶材種類以及環境氣氛等因素對類金剛石膜性能的影響，偏重於闡述摻雜、退火、膜層結構及雙激光技術等類金剛石膜降低內應力、提高膜層各種性能的改性技術；針對類金剛石膜的工程應用中存在的大麵積不均勻、製備效率低的現實問題，展現多功能激光沉積係統，闡述脈衝激光沉積大尺寸均勻平麵和球麵類金剛石膜的裝置、模型及實驗；最後介紹脈衝激光沉積技術在製備其他功能薄膜方麵的應用，展望該技術未來發展趨勢和前景。

作者簡介

　　程勇，江西玉山人，武漢軍械士官學校光電技術研究所所長、教授。1982年石傢莊高級軍械學校畢業，2002年獲中國科學院安徽光學精密機械研究所光學專業博士學位，2004年中國科學技術大學高級訪問學者，2007年赴英國皇傢科學院訪問。中國固體激光工程和光電裝備保障專傢，全軍專業技術重大貢獻奬及政府特殊津貼獲得者，被授予“全國優秀科技工作者”榮譽稱號。現任中國光學工程學會常務理事、中國光學學會光電專業委員會常委，《紅外與激光工程》《激光與光電子學進展》等雜誌編委。
　　主要從事固體激光工程與器件、光電裝備保障和新慨念激光技術等領域的研究，“免調試固體激光”“互注入相乾閤成”“激光沉積光學窗口類金剛石膜”“雙波長自由切換激光器”“OPO人眼安全激光器”等研究成果得到瞭學術界和産業界的充分肯定，在裝備中得到廣泛應用。獲國傢技術發明二等奬1項、軍隊科技進步一等奬3項、軍隊科技進步二等奬4項，編寫《免凋試固體激光器》等專著3部，發錶學術論文100餘篇，獲得授權專利24項，榮立二等功2次。

目錄

目錄
序
前言
第1章 類金剛石薄膜概述 1
1.1 類金剛石膜的定義及性能 1
1.1.1 類金剛石膜的定義 1
1.1.2 類金剛石膜的性能 8
1.2 類金剛石膜的製備方法 11
1.2.1 物理氣相沉積方法 13
1.2.2 化學氣相沉積方法 31
1.2.3 液相沉積方法 44
1.3 類金剛石膜的應用 48
1.3.1 光學應用 48
1.3.2 機械應用 49
1.3.3 電學應用 50
1.3.4 醫學應用 51
1.3.5 其他應用 51
1.4 類金剛石膜研究難題及其改進技術 52
1.4.1 類金剛石膜研究中存在的難題 53
1.4.2 常見類金剛石膜改性技術 55
1.4.3 類金剛石膜研究展望 59
參考文獻 60
第2章 激光沉積法製備類金剛石膜的機理 67
2.1 激光沉積法的原理 67
2.2 激光沉積類金剛石膜及類石墨膜的理論模型 70
2.2.1 “淺注入(亞種植)”生長模型 71
2.2.2 “能量淬滅”生長模型 76
2.2.3 “熱峰”生長模型 77
2.2.4 “離子刻蝕”生長模型 77
2.3 激光沉積薄膜的誘導等離子體 78
2.3.1 激光等離子體的形成與擴展 78
2.3.2 激光等離子體膨脹的動力學 81
2.3.3 等離子體的空間分布和飛行時間 85
2.3.4 等離子體的光譜特性 87
2.3.5 輔助氣體對激光誘導等離子體的影響 97
2.4 激光沉積法製備類金剛石膜的優缺點 105
2.4.1 激光沉積法製備類金剛石膜的優點 105
2.4.2 PLD法製備類金剛石膜的主要缺點及改進措施 106
參考文獻 112
第3章 類金剛石膜的性能測試與錶徵 115
3.1 傅裏葉紅外光譜 115
3.2 拉曼光譜 118
3.3 納米硬度 122
3.4 X射綫光電子能譜 129
3.5 橢偏光譜 132
3.6 錶麵形貌 136
3.6.1 掃描電子顯微鏡 136
3.6.2 原子力顯微鏡 138
3.7 摩擦磨損 141
3.8 薄膜應力 145
3.8.1 基片變形法 146
3.8.2 X射綫衍射法 147
3.8.3 拉曼光譜法 148
3.9 膜基附著強度 149
3.9.1 納米劃痕法 149
3.9.2 納米壓痕法 151
3.9.3 颳剝法 152
3.9.4 拉伸法 152
3.9.5 抗剪切強度檢測法 154
3.10 環境試驗 155
3.10.1 牢固度試驗 155
3.10.2 溫度試驗 155
3.10.3 侵蝕試驗 156
3.10.4 其他試驗 157
參考文獻 157
第4章 激光沉積法製備類金剛石膜的影響因素 160
4.1 激光參數 160
4.1.1 激光波長 160
4.1.2 激光脈寬 162
4.1.3 激光功率密度 164
4.1.4 其他參數 189
4.2 靶材性質 190
4.2.1 常規固體靶材 190
4.2.2 其他種類靶材 193
4.3 氣氛環境 203
4.3.1 氫氣氛環境 204
4.3.2 氮氣氛環境 206
4.3.3 氧氣氛環境 211
4.3.4 惰性氣體環境 213
4.4 基底狀態 215
4.4.1 基底偏壓 215
4.4.2 基底溫度 218
4.4.3 基底傾斜 222
4.4.4 基底預處理 226
參考文獻 226
第5章 激光沉積法製備類金剛石膜的性能改進技術 230
5.1 元素摻雜 232
5.1.1 金屬摻雜DLC膜 233
5.1.2 非金屬摻雜DLC膜 238
5.1.3 化閤物摻雜DLC膜 245
5.2 退火後處理 248
5.2.1 高溫熱退火 248
5.2.2 激光退火 258
5.3 結構設計 271
5.3.1 周期性結構膜層 271
5.3.2 緩衝過渡層 277
5.3.3 基底預處理 278
5.4 雙激光沉積技術 279
5.4.1 雙激光沉積雙層膜 279
5.4.2 雙激光沉積摻雜膜 284
5.5 同步雙脈衝沉積技術 290
5.5.1 雙脈衝同步延時沉積 291
5.5.2 激光輻照等離子體沉積 294
參考文獻 296
第6章 脈衝激光沉積類金剛石膜工程化研究 301
6.1 PLD係統的工程化應用 304
6.1.1 多功能設計 306
6.1.2 産業化設計 324
6.2 大尺寸基底均勻鍍膜 332
6.2.1 大尺寸平麵 333
6.2.2 大尺寸球麵 348
6.3 硫化鋅窗口DLC增透保護膜 356
6.3.1 研究目標及方案設計 357
6.3.2 復閤膜係(過渡層)設計 360
6.3.3 梯度摻雜DLC保護膜設計 366
6.3.4 硫化鋅樣品的綜閤性能 369
參考文獻 372
第7章 脈衝激光沉積技術的應用及展望 374
7.1 脈衝激光沉積技術製備功能薄膜 374
7.1.1 透明導電氧化物薄膜 375
7.1.2 高溫超導薄膜 381
7.1.3 鐵性薄膜 386
7.1.4 金屬薄膜 391
7.1.5 電化學薄膜 394
7.1.6 摩擦力學薄膜 398
7.1.7 光波導薄膜 401
7.1.8 其他功能薄膜 405
7.1.9 小結 409
7.2 脈衝激光沉積技術展望 410
7.2.1 超短脈衝與高重頻激光 410
7.2.2 雙/多激光沉積技術 411
7.2.3 結閤其他沉積技術 412
7.3 激光等離子-原子層沉積係統 416
參考文獻 417

晶體世界的奧秘：超硬材料的沉積藝術 在材料科學的浩瀚星空中，有一類物質以其近乎不可思議的硬度和卓越的物理化學性質，長久以來吸引著科學傢的目光，並不斷推動著技術革新的邊界。它們是自然界的瑰寶，更是人類智慧的結晶。本書並非聚焦於某一種特定的超硬材料，而是將視角放寬，深入探索那些能夠模擬自然界中最堅硬物質的“晶體世界”，以及如何通過精密的工程手段，在各種基底上“生長”齣這些性能卓絕的薄膜。 我們即將踏上的旅程，將是一次關於“沉積藝術”的探索。這門藝術，是通過一係列先進的物理和化學方法，將原子或分子精確地排列，從而在材料錶麵構建齣具有特定結構和功能的微觀層。想象一下，如何在一個粗糙的錶麵上，一層一層地“雕刻”齣擁有金剛石般硬度、閃耀著璀璨光芒的薄膜；或者如何賦予普通的金屬以接近稀有寶石的耐磨損、耐腐蝕的特性。這不僅僅是技術的疊加，更是一門對物質微觀世界的深刻理解和巧妙駕馭。 本書將帶領讀者穿越材料科學的迷人領域，領略不同類型超硬材料的魅力。我們將探究那些在極端環境下依然堅不可摧的材料，它們如何在高溫、高壓、強腐蝕等惡劣條件下保持其優異性能。我們將深入瞭解這些材料的原子結構，理解其硬度、導熱性、絕緣性等關鍵物理性質的來源。這不僅僅是理論的探討，更關乎實際應用的可能性，從航空航天到生物醫學，從電子器件到能源技術，這些材料的潛力正在被不斷挖掘。 沉積技術本身，便是本書探索的核心。我們將聚焦於那些能夠實現精確原子尺度控製的先進沉積方法。這些方法，如同技藝精湛的工匠，能夠按照預設的藍圖，將原子逐一安放到位，形成高度有序的晶體結構。我們並非僅僅羅列技術名稱，而是將深入解析每種技術的原理，剖析其在沉積過程中涉及的物理化學過程，例如等離子體的産生與演化、物質的蒸發與傳輸、以及薄膜的成核與生長動力學。理解這些過程，是掌握沉積藝術的關鍵。 在瞭解瞭材料的本質和沉積的技藝後，我們將進一步探討如何將這兩者完美結閤。如何選擇閤適的沉積方法來製備特定的超硬薄膜？如何優化工藝參數以獲得理想的薄膜性能？這些都是我們在材料設計與製備過程中必須麵對的挑戰。本書將通過對不同材料體係和沉積工藝的案例分析，展示如何通過精心的調控，實現薄膜的結構、成分、厚度乃至錶麵形貌的精確控製。 當然，任何先進技術的應用都離不開對實際需求的深刻理解。本書還將展望這些超硬薄膜在各個前沿領域的應用前景。它們如何提升刀具的壽命，讓切削更加精準高效？它們如何為電子設備提供更穩定的絕緣層和導電通路？它們又如何為醫療植入物提供更佳的生物相容性和耐腐蝕性？我們將展示這些高性能薄膜如何成為推動科技進步的重要力量。 這是一部關於材料科學、物理化學以及精密工程相結閤的探索之作。它旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，理解如何從原子層麵構建具有非凡性能的晶體薄膜，並激發對材料科學未來發展的無限想象。無論您是材料學領域的專業研究者，還是對前沿技術充滿好奇的求知者，本書都將為您打開一扇通往晶體世界奧秘的大門。

評分☆☆☆☆☆

這本書的宏觀視角和微觀細節的結閤做得非常齣色。在討論完PLD的基本原理之後，它並沒有急於進入具體的應用，而是花費瞭相當大的篇幅來探討“類金剛石膜”本身的特性。我看到瞭關於類金剛石膜的結構錶徵，包括各種晶體學分析技術（如X射綫衍射、拉曼光譜、透射電子顯微鏡）如何揭示其無定形或納米晶體結構，以及sp2和sp3碳鍵的比例如何決定其宏觀性能。書中對硬度、楊氏模量、摩擦係數、耐磨性、介電常數、光學透過率等關鍵物理性質的詳細闡述，讓我對這種材料有瞭全麵的認識。特彆吸引我的是關於“內在應力”的分析，我知道薄膜材料的應力往往是限製其應用的關鍵因素，書中詳細探討瞭PLD過程中應力的來源，以及如何通過工藝參數來控製和優化應力，這一點對於實際工程應用至關重要。我也看到瞭關於錶麵形貌控製的討論，高平整度的類金剛石膜在光學和微電子領域有著廣泛的應用，書中介紹瞭如何通過調整PLD參數來獲得不同粗糙度和形貌的薄膜，這讓我看到瞭實現精密製造的希望。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀這本書的過程中，我驚訝地發現，作者並沒有止步於對基礎科學原理的簡單羅列，而是非常係統地展現瞭脈衝激光沉積（PLD）技術在製備類金剛石膜（DLC）過程中的復雜性和精妙之處。我尤其印象深刻的是關於“能量傳輸與物質激發”這一章節的論述，作者以極其詳實的實驗數據和理論模型，揭示瞭高能脈衝激光與靶材相互作用時，能量如何被吸收、轉化為熱能、形成等離子體羽流，以及等離子體羽流中的原子、分子、團簇是如何被加速並沉積到基底上，最終形成類金剛石結構的。這種深入到原子和分子層麵的分析，讓我對PLD技術的微觀過程有瞭前所未有的清晰認識。同時，書中還詳細討論瞭不同激光波長（如紫外、可見光、紅外）對等離子體特性和薄膜質量的影響，以及脈衝寬度對能量耦閤效率和等離子體膨脹行為的調控作用。這些信息對於理解和優化PLD工藝至關重要，也讓我看到瞭技術發展的巨大潛力和靈活性。我還在書中看到瞭關於不同靶材（如石墨、富勒烯、碳氫化閤物等）在PLD過程中的錶現差異，以及它們如何影響最終薄膜的成分和結構，這為我提供瞭寶貴的選擇和參考。

評分☆☆☆☆☆

令我意想不到的是，這本書還為我打開瞭“理論模型與仿真模擬”的窗口。在深入理解PLD過程和DLC薄膜特性後，書中詳細介紹瞭如何利用第一性原理計算（如密度泛函理論DFT）、分子動力學模擬（MD）等計算方法，來預測和解釋DLC薄膜的結構、性質以及PLD過程中的動力學行為。這些理論工具，極大地拓展瞭我們對材料的認識邊界，也為實驗設計提供瞭重要的指導。例如，如何通過理論計算來預測不同碳鍵的結閤能，從而解釋DLC薄膜的硬度；如何通過MD模擬來研究等離子體羽流在基底上的弛豫過程，從而理解薄膜的成核機製。書中還探討瞭如何結閤實驗數據和仿真結果，構建更加精確的材料設計模型，這為“材料基因組計劃”等前沿研究提供瞭堅實的基礎。我深切感受到，理論與實驗的緊密結閤，是推動材料科學發展的重要驅動力。

評分☆☆☆☆☆

更讓我驚喜的是，這本書並沒有停留在對材料性能的描述，而是將視野拓展到瞭“應用領域”。我迫不及待地翻閱瞭關於各個應用方嚮的章節，它們以翔實的研究案例和數據支撐，生動地展示瞭脈衝激光沉積類金剛石膜的巨大潛力。從提高刀具的使用壽命、減少機械部件的磨損，到作為生物醫學植入物的防腐蝕塗層，再到在光學元件上實現高反射率或低反射率塗層，以及在微電子領域作為柵極絕緣層或介電層……這些應用無一不讓我感到振奮。書中對每個應用領域的介紹都非常深入，不僅闡述瞭類金剛石膜在其中的作用機製，還引用瞭大量的實驗數據和性能對比，讓我對不同應用場景下對類金剛石膜的具體要求有瞭清晰的認識。例如，在刀具塗層方麵，書中詳細比較瞭PLD DLC塗層與PVD DLC塗層在硬度、韌性、附著力等方麵的差異，以及在不同切削條件下的性能錶現，這讓我對PLD技術在高性能工具製造方麵的優勢有瞭更深刻的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事方式非常吸引人，它並沒有采用枯燥乏味的教科書式講解，而是通過大量生動的“研究案例”和“實驗數據”來驅動讀者進行思考。我沉浸在那些關於解決具體工程難題的故事中，例如如何通過PLD DLC塗層來解決航空發動機渦輪葉片在高溫高壓環境下的磨損問題，或者如何利用其優異的生物相容性和耐腐蝕性來延長人工關節的使用壽命。書中詳細記錄瞭每一個案例的研究背景、實驗設計、關鍵結果和結論，讓我仿佛置身於科研現場，親身體驗瞭科學探索的艱辛與樂趣。我特彆欣賞書中對於“失敗案例”的討論，作者並沒有迴避實驗中的睏難和挫摺，而是坦誠地分析瞭原因，並從中吸取教訓。這種“實事求是”的態度，對於任何從事科研工作的人來說，都是極其寶貴的。它讓我明白，科學研究並非一帆風順，而是充滿瞭挑戰與試錯的過程，而正是這些過程，推動著我們不斷前進。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就給我一種沉靜而深邃的感覺，深藍色為主調，點綴著金屬質感的光斑，仿佛在訴說著納米世界的精妙與神秘。翻開扉頁，紙張的觸感溫潤而厚實，散發著淡淡的書香，瞬間就將我帶入瞭一個充滿探索精神的學術殿堂。我一直對材料科學領域特彆是薄膜技術抱有濃厚的興趣，而“類金剛石膜”這個詞匯更是像一塊磁石，吸引著我的目光。我知道金剛石以其無與倫比的硬度、耐磨性和優異的光學、電學性能而聞名，而“類金剛石膜”，則意味著在某些性能上能夠媲美甚至在特定應用領域超越天然金剛石，這本身就充滿瞭技術挑戰與科研的魅力。我特彆好奇，這本書究竟是如何解析這種“類金剛石”的微觀結構，又是通過怎樣的“脈衝激光沉積”這種頗具未來感的技術手段來實現的。我迫切地想知道，在無數的實驗數據和理論推導背後，究竟隱藏著怎樣的科學原理，又是如何將這些原理轉化為實際的製備工藝，最終誕生齣這些性能卓絕的薄膜材料。這本書是否會深入淺齣地介紹脈衝激光與材料相互作用的物理機製？是否會詳細闡述不同脈衝激光參數（如波長、能量密度、脈衝寬度、重復頻率）對薄膜成核、生長、結構演變的影響？這些都是我最想在書中找到答案的問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我稱道的地方在於，它並非一本單純的理論書籍，而是蘊含瞭豐富的“實踐指導”意義。在講述瞭PLD原理和類金剛石膜特性之後，書中花費瞭大量篇幅來探討“工藝優化與參數控製”。我看到瞭關於等離子體密度、溫度、組分對薄膜生長的影響，以及如何通過調整激光功率、靶材與基底的距離、背景氣體壓力、基底溫度、偏壓等參數來精確調控薄膜的微觀結構和宏觀性能。書中還介紹瞭如何進行“原位監測”，例如利用光譜診斷、晶體振蕩器等技術，實時監測PLD過程，並根據監測結果進行反饋控製，以獲得更穩定、更可重復的薄膜質量。對於實驗室研究人員和工程技術人員來說，這些信息簡直是無價之寶。我尤其關注關於“基底選擇與預處理”的部分，書中詳細分析瞭不同基底材料（如金屬、陶瓷、玻璃、聚閤物）的特點，以及它們在PLD過程中的兼容性，並提供瞭有效的預處理方法，以提高薄膜的附著力和界麵性能。

評分☆☆☆☆☆

我從這本書中獲得的不僅僅是技術知識，更是一種“科學思維方式”的啓迪。作者在闡述每一個概念時，都非常注重邏輯的嚴謹性和論證的充分性。他會追溯問題的起源，分析現有方法的局限性，然後提齣新的解決方案，並用實驗數據來驗證其有效性。這種“問題導嚮”的研究思路，讓我學會瞭如何更深入地思考問題，如何更有效地進行科學探究。書中對於“標準化與質量控製”的討論，也讓我印象深刻。在實際的工業應用中，如何確保DLC薄膜的質量穩定性和一緻性是至關重要的。書中詳細介紹瞭各種檢測和認證體係，以及如何通過嚴格的質量控製流程來保證産品的可靠性。這讓我看到瞭科學研究成果如何轉化為實際的生産力，並最終服務於社會。我從中體會到瞭，真正的科技創新，不僅在於提齣新想法，更在於如何將這些想法轉化為可控、可重復、可規模化的生産力。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最深的感受是，它是一部“麵嚮未來”的著作。在介紹完脈衝激光沉積類金剛石膜技術的現狀後，書中還展望瞭未來的發展趨勢和潛在的應用領域。例如，如何進一步提高DLC薄膜的硬度、韌性和耐磨性，以應對更嚴苛的應用環境；如何開發新型的PLD設備，實現更高效、更環保的製備過程；如何將DLC薄膜與其他功能材料相結閤，創造齣具有更多附加功能的復閤材料。書中還提到瞭“智能化”和“自動化”在PLD技術中的應用，例如利用機器學習和人工智能來優化工藝參數，實現生産過程的自動化控製。這些前瞻性的思考，讓我看到瞭脈衝激光沉積類金剛石膜技術所蘊含的巨大潛力和光明前景，也激發瞭我對未來科技發展的無限憧憬。這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一本關於科學探索、創新驅動和麵嚮未來的思想啓迪之作，它將激勵我在未來的學習和研究中，不斷追求卓越，勇於探索未知。

評分☆☆☆☆☆

在我對脈衝激光沉積類金剛石膜技術有瞭初步瞭解後，這本書更是帶我進入瞭更深層次的“科學前沿”。我看到瞭關於“先進錶徵技術”的介紹，作者並沒有停留在傳統的錶徵手段，而是詳細闡述瞭諸如原子探針斷層掃描（APT）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）配閤能量色散X射綫譜（EDX）等尖端技術，如何揭示DLC薄膜中納米結構、晶界、缺陷的精細信息，以及它們與宏觀性能之間的內在聯係。這些深入的錶徵分析，讓我看到瞭科學傢們是如何通過不斷挑戰錶徵技術的極限，來理解材料的本質。此外，書中還探討瞭“多層結構和梯度結構”的製備，這為功能集成和性能增強提供瞭新的思路。例如，如何設計具有不同sp2/sp3比例的層疊結構，以優化薄膜的硬度和韌性；如何製備具有梯度成分的DLC薄膜，以實現錶麵硬度與內部韌性的良好匹配。這些內容讓我看到瞭DLC薄膜在未來高性能材料設計中的廣闊前景。