Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования

Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования

Методами комбинационного рассеяния света (КРС) и наноиндентирования изучены алмазоподобные углеродные плёнки (DLC) и гибридные плёнки алмазоподобного углерода с органическим полимером (DLC—p-h). По данным КРС алмазоподобные углеродные плёнки представляют собой тетраэдрический аморфный углерод (ta-C)...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:2011
Main Authors: Кириченко, А.Н., Денисов, В.Н., Бланк, В.Д., Маврин, Б.Н., Виноградов, Е.А., Гоголинский, К.В., Усейнов, А.С., Тиайнен, Вели-Матти, Соининен, Антти, Конттинен, Юрё
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74451
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования / А.Н. Кириченко, В.Н. Денисов, В.Д. Бланк, Б.Н. Маврин, Е.А. Виноградов, К.В. Гоголинский, А.С. Усейнов, Вели-Матти Тиайнен, Антти Соининен, Юрё Конттинен // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 307-311. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-74451
record_format dspace
spelling Кириченко, А.Н.
Денисов, В.Н.
Бланк, В.Д.
Маврин, Б.Н.
Виноградов, Е.А.
Гоголинский, К.В.
Усейнов, А.С.
Тиайнен, Вели-Матти
Соининен, Антти
Конттинен, Юрё
2015-01-20T21:04:36Z
2015-01-20T21:04:36Z
2011
Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования / А.Н. Кириченко, В.Н. Денисов, В.Д. Бланк, Б.Н. Маврин, Е.А. Виноградов, К.В. Гоголинский, А.С. Усейнов, Вели-Матти Тиайнен, Антти Соининен, Юрё Конттинен // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 307-311. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
1816-5230
PACS numbers: 07.35.+k, 62.20.Qp, 68.60.Bs, 78.30.-j, 81.05.uj, 81.40.Tv, 81.70.Bt
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74451
Методами комбинационного рассеяния света (КРС) и наноиндентирования изучены алмазоподобные углеродные плёнки (DLC) и гибридные плёнки алмазоподобного углерода с органическим полимером (DLC—p-h). По данным КРС алмазоподобные углеродные плёнки представляют собой тетраэдрический аморфный углерод (ta-C), а гибридное покрытие можно отнести к гидрированному тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C:H). В соответствии с данными, полученными при возбуждении светом с длиной волны 257 нм (УФ—КРС), доля sp3-связей в алмазоподобных углеродных плёнках составляла от 40 до 50% в зависимости от образца. В гибридной плёнке доля sp3-связей составила ≅ 20%. Эти данные хорошо согласуются с измеренной твёрдостью и модулем Юнга.
Методами комбінаційного розсіяння світла (КРС) та наноіндентування вивчено діямантоподібні вуглецеві плівки (DLC) та гібридні плівки діямантоподібного вуглецю з органічним полімером (DLC—p-h). За даними КРС діямантоподібні вуглецеві плівки представляють собою тетраедричний аморфний вуглець (ta-C), а гібридне покриття можна віднести до гідрованого тетраедричного аморфного вуглецю (ta-C:H). За даними, яких одержано при збудженні світлом з довжиною хвилі 257 нм (УФ—КРС), частка sp3-зв’язків у діямантоподібних вуглецевих плівках складала ≅ 20%. Ці дані добре узгоджуються з виміряною твердістю та Юнґовим модулем.
Diamond-like carbon (DLC) films and hybrid films of diamond-like carbon with organic polymers (DLC—p-h) are studied by the methods of Raman light scattering (RLS) and nanoindentation. According to RLS data, diamond-like carbon films are tetrahedral amorphous carbon (ta-C), and hybrid coating may be assigned to hydrated tetrahedral amorphous carbon (ta-C:H). For the case of excitation by the light with 257 nm wavelength (UV—RLS), the percentage of sp3 bonds in diamond-like carbon films comprises from 40% to 50%, depending on a sample. In hybrid films, the share of sp3 bonds is ≅ 20%. These data are in a good agreement with measured hardness and Young’s modulus.
ru
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
spellingShingle Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
Кириченко, А.Н.
Денисов, В.Н.
Бланк, В.Д.
Маврин, Б.Н.
Виноградов, Е.А.
Гоголинский, К.В.
Усейнов, А.С.
Тиайнен, Вели-Матти
Соининен, Антти
Конттинен, Юрё
title_short Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
title_full Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
title_fullStr Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
title_full_unstemmed Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
title_sort исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
author Кириченко, А.Н.
Денисов, В.Н.
Бланк, В.Д.
Маврин, Б.Н.
Виноградов, Е.А.
Гоголинский, К.В.
Усейнов, А.С.
Тиайнен, Вели-Матти
Соининен, Антти
Конттинен, Юрё
author_facet Кириченко, А.Н.
Денисов, В.Н.
Бланк, В.Д.
Маврин, Б.Н.
Виноградов, Е.А.
Гоголинский, К.В.
Усейнов, А.С.
Тиайнен, Вели-Матти
Соининен, Антти
Конттинен, Юрё
publishDate 2011
language Russian
container_title Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format Article
description Методами комбинационного рассеяния света (КРС) и наноиндентирования изучены алмазоподобные углеродные плёнки (DLC) и гибридные плёнки алмазоподобного углерода с органическим полимером (DLC—p-h). По данным КРС алмазоподобные углеродные плёнки представляют собой тетраэдрический аморфный углерод (ta-C), а гибридное покрытие можно отнести к гидрированному тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C:H). В соответствии с данными, полученными при возбуждении светом с длиной волны 257 нм (УФ—КРС), доля sp3-связей в алмазоподобных углеродных плёнках составляла от 40 до 50% в зависимости от образца. В гибридной плёнке доля sp3-связей составила ≅ 20%. Эти данные хорошо согласуются с измеренной твёрдостью и модулем Юнга. Методами комбінаційного розсіяння світла (КРС) та наноіндентування вивчено діямантоподібні вуглецеві плівки (DLC) та гібридні плівки діямантоподібного вуглецю з органічним полімером (DLC—p-h). За даними КРС діямантоподібні вуглецеві плівки представляють собою тетраедричний аморфний вуглець (ta-C), а гібридне покриття можна віднести до гідрованого тетраедричного аморфного вуглецю (ta-C:H). За даними, яких одержано при збудженні світлом з довжиною хвилі 257 нм (УФ—КРС), частка sp3-зв’язків у діямантоподібних вуглецевих плівках складала ≅ 20%. Ці дані добре узгоджуються з виміряною твердістю та Юнґовим модулем. Diamond-like carbon (DLC) films and hybrid films of diamond-like carbon with organic polymers (DLC—p-h) are studied by the methods of Raman light scattering (RLS) and nanoindentation. According to RLS data, diamond-like carbon films are tetrahedral amorphous carbon (ta-C), and hybrid coating may be assigned to hydrated tetrahedral amorphous carbon (ta-C:H). For the case of excitation by the light with 257 nm wavelength (UV—RLS), the percentage of sp3 bonds in diamond-like carbon films comprises from 40% to 50%, depending on a sample. In hybrid films, the share of sp3 bonds is ≅ 20%. These data are in a good agreement with measured hardness and Young’s modulus.
issn 1816-5230
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74451
citation_txt Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования / А.Н. Кириченко, В.Н. Денисов, В.Д. Бланк, Б.Н. Маврин, Е.А. Виноградов, К.В. Гоголинский, А.С. Усейнов, Вели-Матти Тиайнен, Антти Соининен, Юрё Конттинен // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 307-311. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT kiričenkoan issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT denisovvn issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT blankvd issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT mavrinbn issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT vinogradovea issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT gogolinskiikv issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT useinovas issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT tiainenvelimatti issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT soininenantti issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT konttinenûre issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplenokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
first_indexed 2025-11-24T08:12:59Z
last_indexed 2025-11-24T08:12:59Z
_version_ 1850843805873340416
fulltext 307 PACS numbers: 07.35.+k, 62.20.Qp,68.60.Bs,78.30.-j,81.05.uj,81.40.Tv, 81.70.Bt Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования А. Н. Кириченко *, В. Н. Денисов *,**, В. Д. Бланк *,**, Б. Н. Маврин *,**, Е. А. Виноградов **, К. В. Гоголинский *, А. С. Усейнов *, Вели-Матти Тиайнен ***, Антти Соининен ***, Юрё Конттинен **** *Технологический институт сверхтвёрдых и новых углеродных материалов, ул. Центральная, 7 a, 142190 Троицк, Московская область, Российская Федерация **Институт спектроскопии РАН, ул. Физическая, 5, 142190 Троицк, Московская область, Россия ***ORTON Research Institute, Tenholantie 10 FI-00280 Helsinki, Finland ****Department of Medicine, Invärtes Medicin, Institute of Clinical Medicine, Biomedicum, Haartmaninkatu 8, FI-00290 Helsinki, Finland Методами комбинационного рассеяния света (КРС) и наноиндентирования изучены алмазоподобные углеродные плёнки (DLC) и гибридные плёнки алмазоподобного углерода с органическим полимером (DLC—p-h). По дан- ным КРС алмазоподобные углеродные плёнки представляют собой тетраэд- рический аморфный углерод (ta-C), а гибридное покрытие можно отнести к гидрированному тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C:H). В соот- ветствии с данными, полученными при возбуждении светом с длиной вол- ны 257 нм (УФ—КРС), доля sp 3-связей в алмазоподобных углеродных плён- ках составляла от 40 до 50% в зависимости от образца. В гибридной плёнке доля sp 3-связей составила ≅ 20%. Эти данные хорошо согласуются с изме- ренной твёрдостью и модулем Юнга. Методами комбінаційного розсіяння світла (КРС) та наноіндентування вивчено діямантоподібні вуглецеві плівки (DLC) та гібридні плівки діяма- нтоподібного вуглецю з органічним полімером (DLC—p-h). За даними КРС діямантоподібні вуглецеві плівки представляють собою тетраедричний аморфний вуглець (ta-C), а гібридне покриття можна віднести до гідровано- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 2, сс. 307—311 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 308 А. Н. КИРИЧЕНКО, В. Н. ДЕНИСОВ, В. Д. БЛАНК и др. го тетраедричного аморфного вуглецю (ta-C:H). За даними, яких одержано при збудженні світлом з довжиною хвилі 257 нм (УФ—КРС), частка sp 3- зв’язків у діямантоподібних вуглецевих плівках складала ≅ 20%. Ці дані добре узгоджуються з виміряною твердістю та Юнґовим модулем. Diamond-like carbon (DLC) films and hybrid films of diamond-like carbon with organic polymers (DLC—p-h) are studied by the methods of Raman light scattering (RLS) and nanoindentation. According to RLS data, diamond-like carbon films are tetrahedral amorphous carbon (ta-C), and hybrid coating may be assigned to hydrated tetrahedral amorphous carbon (ta-C:H). For the case of excitation by the light with 257 nm wavelength (UV—RLS), the per- centage of sp 3 bonds in diamond-like carbon films comprises from 40% to 50 %, depending on a sample. In hybrid films, the share of sp 3 bonds is ≅ 20%. These data are in a good agreement with measured hardness and Young’s mod- ulus. Ключевые слова: алмазоподобные плёнки, комбинационное рассеяние, наноиндентирование. (Получено 18 ноября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Гидрофобные покрытия очень важны для производства солнечных батарей, автомобильных стекол и т.д. Одним из коммерческих по- крытий для автомобильных окон является полидиметилсилоксан (PDMS). Но это соединение недостаточно долговечно. В качестве защитных и незагрязняющихся покрытий могут рассматриваться гибридные пленки алмазоподобного углерода с органическим по- лимером (DLC—p-h). В данной работе мы представляем сопоставление результатов ис- следований алмазоподобных углеродных пленок (DLC) и гибрид- ных пленок алмазоподобного углерода с органическим полимером (DLC—p-h), полученных методами КРС и наноиндентирования. 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА Образцы гибридных пленок алмазоподобного углерода с органиче- ским полимером (DLC—p-h) и не содержащие водорода алмазопо- добные углеродные пленки (DLC) были получены методом осажде- ния из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы. Шероховатость поверхности и толщина покрытий контролировалась с помощью профилометра. Гидрофобность покрытий определялась посред- ством измерения углов контакта и скольжения. Спектры КРС возбуждались двумя длинами волн: 514 и 257 нм. Для получения спектров КРС использовался спектрометр TRIAX ИССЛЕДОВАНИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЁНОК 309 552 с набором корректирующих линз и отрезающих фильтров. При этом использовался микроскоп, позволивший получать возбужда- ющий лазерный пучок микронного масштаба и обеспечивающий большой угол сбора рассеянного света. Спектральное разрешение составляло около 3 см −1. Механические свойства, поверхностную топографию и шерохова- тость исследовали с помощью сканирующего нанотвердомера «НаноСкан» [1—3]. Главной особенностью «НаноСкан» является ис- пользование пьезокерамического датчика-кантилевера с крайне вы- сокой изгибной жесткостью (порядка 20 кН/м). На свободном конце консоли установлен алмазный наконечник. Особенности строения прибора дают возможность получать изображение топографии по- верхности высокого качества, сравнимого с качеством атомно- силового микроскопа, и в то же время позволяют производить ин- дентирование и царапание исследуемой поверхности. Твердость и модуль упругости были измерены методом динамического наноин- дентирования (в соответствии с международным стандартом ISO 14577). Тест на царапание [1, 3] был предложен для определения твердости и условий отслоения покрытия. Тест на царапание, после которого было получено изображение поверхности, использовался также для определения толщины покрытий. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 3.1 Твердость В таблице приведены механические свойства образцов, полученные методом наноиндентирования. Тест на царапание, после которого было получено изображение поверхности, использовался также для определения толщины по- крытий. Этот метод показал хорошую адгезию для самых тонких образцов DLC-1 и DLC-PDMS, тогда как более толстые образцы DLC- 2 и DLC-3 легче отслаивались с большей площади вокруг царапины. 3.2 КРС исследования Спектры КРС пленок при возбуждении лазером с длиной волны 257 и 514 нм представлены на рисунке 1. При возбуждении 514 нм в спектрах преобладает G-линия (рис. 1, а). Ее положение зависит от состава материала. Так, для образца PDMS G-линию наблюдали в об- ласти 1512 см −1, а для образцов DLC-1, DLC-2 и DLC-3 – в области 1550 см −1. В спектре образца PDMS так же присутствует линия в об- ласти 1350 см −1 (D-линия). Обе эти линии, D и G, связаны с наличием графитовой связи (атомы углерода находятся в состоянии sp 2-гибри- 310 А. Н. КИРИЧЕНКО, В. Н. ДЕНИСОВ, В. Д. БЛАНК и др. дизации) и их положение и полуширина могут использоваться для определения параметров осаждения пленок, а так же их свойств и структуры. Следует отметить, что использование возбуждения 514 нм при исследовании пленок имело сильное ограничение из-за того, что даже небольшое содержание sp 2-связанных атомов углерода да- вало преобладающий вклад в спектры, перекрывая составляющую, связанную с sp 3-гибридизованными атомами углерода. Это явление хорошо известно, и связано с тем, что в видимом диапазоне сечение захвата sp 2-связанных атомов углерода значительно выше. УФ—КРС спектр образца PDMS (рис. 1, б) состоит из широкой ли- нии G в области 1584 см -1, D-линия видна как плечо с области 1350 см −1. Этот спектр сходен со спектром гидрированного, тетраэдриче- ского, аморфного углерода (ta-C:H). Спектры УФ—КРС не содержащих водорода образцов DLC-1, DLC- 2 и DLC-3 (рис. 1, б) сходны со спектром тетраэдрического аморфного углерода (ta-C). Они состоят из Т-линии в области 1100 см −1, объяс- няющейся наличием атомов углерода с sp 3-связями, и G-линией в об- ласти 1630 (DLC-1), 1662 (DLC-2) и 1654 см −1 (DLC-3), положение ко- торой определяется концентрацией sp 3-гибридизованных атомов уг- лерода. Отношение интенсивностей Т и G линий зачастую использу- ется для вычисления этой концентрации, хотя лучше использовать дисперсию G-линии при возбуждении лазером в видимом и УФ- диапазонах спектра [4, 5]. В соответствии с полученными данными, в образце DLC-1 содер- жится примерно 30% sp 3-гибридизованных атомов углерода, в об- разце DLC-2 – примерно 40% sp 3, в образце DLC-3 – примерно 37% sp3, а образец PDMS содержит около 20% sp 3. Эти концентрации хо- ТАБЛИЦА 1. Твердость и модуль упругости, полученные при пиковом нагружении 5 мкН.* Образец HNI, GPa HScr, GPa ENI, GPa R, % tc, нм Шероховатость Ra, нм Угол скольжения (20 мкл), град. Контактный угол, град. DLC-1 20 23 175 85 180 11 45 67 DLC-2 28 25 190 75 430 54 35 69 DLC-3 32 20 250 95 890 43 50 65 DLC-PDMS 11 8 120 60 180 6 2-3 100 *HNI, ENI и R – соответственно твердость, модуль упругости и степень упругого восстановления, измеренные с помощью метода динамического наноиндентирова- ния (в соответствии с международным стандартом ISO 14577). HScr – величина твердости, полученная с помощью метода царапания. tc – толщина покрытия, измеренная после отслоения пленки при ее царапании. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЁНОК 311 рошо согласуются с результатами наноиндентирования. 4. ВЫВОДЫ По данным КРС, алмазоподобные углеродные пленки представляют собой тетраэдрический аморфный углерод (ta-C), а гибридное покры- тие можно отнести к гидрированному тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C:H). Наблюдающийся в УФ—КРС сдвиг G-пика связан с различным содержанием sp 3-гибридизованных атомов углерода. В соответствии с полученными данными, доля sp 3-связей в алмазопо- добных углеродных пленках составляла от 40 до 50%, в зависимости от образца. В гибридной пленке доля sp 3-связей составила ≅ 20%. Эти данные хорошо согласуются с результатами измерений методом наноиндентирования. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. V. D. Blank et al., J. Mater. Res., 12, No. 11: 3110 (1997). 2. K. V. Gogolinski, Z. Ya. Kosakovskaya, A. S. Useinov, and I. A. Chaban, Acous- tical Physics, 50, No. 6: 664 (2004). 3. A. Useinov, K. Gogolinskiy, and V. Reshetov, International Journal of Materi- als Research, 2009, No. 7: 968 (2009). 4. K. W. R. Gilkes, H. S. Sands, D. N. Batchelder, J. Robertson, and W. I. Milne, Appl. Phys. Lett., 70, No. 15: 1980 (1997). 5. A. C. Ferrari and J. Robertson, Phil. Trans. R. Soc. London. A, 362: 2477 (2004). а б Рис. 1. Спектры КРС образцов при возбуждении лазером с длиной волны а – 514 нм и б– 257 нм.

Similar Items