碳化硅表面雙層碳膜制備取得新進(jìn)展

近日,中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所先進(jìn)潤(rùn)滑與防護(hù)材料研究發(fā)展中心在四氯化碳?xì)夥障绿蓟璞砻骐p層碳膜制備方面取得了新進(jìn)展。

研究人員以四氯化碳為氯氣源和碳源,通過(guò)碳化物衍生碳(CDC)過(guò)程和化學(xué)氣相沉積(CVD)法,成功地在碳化硅表面制備出了雙層碳膜。該雙層碳膜分別由通過(guò)對(duì)碳化硅氯化形成的 CDC亞表層和對(duì)四氯化碳熱解形成的 CVD表層構(gòu)成。溫度對(duì)該雙層碳膜形成有重要作用。由于 CDC過(guò)程的氯化率遠(yuǎn)高于 CVD過(guò)程的沉積速率,因此 CDC層比 CVD層更厚,研究人員認(rèn)為可以通過(guò)引入氫氣以及低溫蒸發(fā)四氯化碳的方法降低 CDC層的厚度。該雙層碳膜的形成機(jī)制為碳化硅的氯化和 CVD層的形成,這兩個(gè)過(guò)程同時(shí)發(fā)生而又相互競(jìng)爭(zhēng)。

該雙層碳膜可作為比 CDC更好的界面涂層應(yīng)用于金屬基復(fù)合材料中,也可作為機(jī)械密封件的潤(rùn)滑涂層。

近年來(lái),由于 CDC材料具有較高的比表面積和可控孔徑分布等性能,引起研究人員的廣泛關(guān)注,使其在儲(chǔ)氫、催化劑、電池和超級(jí)電容器電極材料等領(lǐng)域得到應(yīng)用。之前報(bào)道的 CDC材料一般是通過(guò)對(duì)碳化物的高溫氯化處理來(lái)制備,然而在 CDC過(guò)程中,去除金屬原子會(huì)導(dǎo)致非晶碳收縮,使其孔隙量達(dá)到 80%。1997年初,鹵代烴,如四氯化碳和三氯甲烷被認(rèn)為可以用于在碳化物上制備游離碳。然而,目前為止有關(guān)此方面的報(bào)道還很少。該研究旨在探討使用四氯化碳作為反應(yīng)物在碳化硅上制備碳膜的可行性。

該研究結(jié)果發(fā)表在 Carbon(Carbon,2011:732-736)。

(摘自中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所)