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沉积离子能量对a-C:H薄膜成键结构及超低摩擦特性影响机理研究

摘 要: 氢化非晶碳（a-C:H）具有优良的自润滑性能，作为一种摩擦学涂层具有广泛的工业应用前景^[1-2]。然而，相较于干燥惰性氛围，真空环境下a-C:H薄膜寿命显著降低，性能依然有待优化^[3-4]。同时，沉积工艺条件对于a-C:H薄膜成键结构、自润滑性能的影响规律和机理也尚未完全解析。本研究采用离子束沉积法，通过调控沉积电压，探究离子能量对薄膜自润滑性能的影响机理。实验研究表明，当入射碳原子能量接近亚表层击穿理论阈值时，可在真空环境下实现鲁棒性超滑。该工艺条件下，薄膜最低摩擦系数达到0.006，同时抗磨损能力达到最优。基于结构表征和沉积理论模型推测，离子能量通过影响亚表层击穿生长模式、界面化学吸附生长模式的占比，影响薄膜纳米结构、元素构成、成键状态等薄膜特性。这些因素共同影响薄膜的界面钝化性能和机械性能，进而决定薄膜真空环境下的自润滑性能。本研究进一步揭示了沉积离子能量对a-C:H薄膜结构性能的影响机理，为自润滑碳基薄膜的设计提供了理论基础和技术支持。

关键词:  a-C:H；超滑；离子能量；成键结构；机械性能