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)...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2011
Hauptverfasser: 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: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Schriftenreihe:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74451
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren: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 irk-123456789-74451
record_format dspace
spelling irk-123456789-744512015-01-21T03:03:16Z 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 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. 2011 Article 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 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74451 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
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.
format Article
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
spellingShingle 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
Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
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
author_sort Кириченко, А.Н.
title Исследование алмазоподобных углеродных плёнок методами комбинационного рассеяния света и наноиндентирования
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
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2011
url http://dspace.nbuv.gov.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.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT kiričenkoan issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT denisovvn issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT blankvd issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT mavrinbn issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT vinogradovea issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT gogolinskijkv issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT usejnovas issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT tiajnenvelimatti issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT soininenantti issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
AT konttinenûrë issledovaniealmazopodobnyhuglerodnyhplënokmetodamikombinacionnogorasseâniâsvetainanoindentirovaniâ
first_indexed 2025-07-05T22:53:57Z
last_indexed 2025-07-05T22:53:57Z
_version_ 1836849339245264896
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.

Ähnliche Einträge