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郑州华晶金刚石股份有限公司

防雾自清洁超薄金刚石纳米膜研发取得新进展

关键词 金刚石 , 薄膜|2020-06-28 09:00:05|来源 深圳先进技术研究院
摘要 近日,中国科学院深圳先进技术研究院功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员团队联合香港城市大学张文军教授,研发出从紫外到红外波段具有高透光率的超薄金刚石纳米膜,并具有防雾、水下自清洁和抗磨...

近日,中国科学院深圳先进技术研究院功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员团队联合香港城市大学张文军教授,研发出从紫外到红外波段具有高透光率的超薄金刚石纳米膜,并具有防雾、水下自清洁和抗磨损特性,为光学透镜、海洋精密仪器、高清监控、红外传感器等重要领域提供了表面防护新策略,研究成果“UV-to-IR highly transparent ultrathin diamond nanofilms with intriguing performances: Anti-fogging, self-cleaning and self-lubricating”已在线发表于国际材料著名期刊Applied Surface Science上(Applied Surface Science, 2020, DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.146733, JCR1区,IF=5.155)。 

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△ 图(a)45nm超薄金刚石纳米膜;(b)50和100纳米金刚石膜石英玻璃在紫外—可见光波段的透光率;(c)50和100纳米金刚石膜石英玻璃在红外波段的透光率;(d)粘附食用油的镀膜石英片在水下自清洁和水下油的接触角;(e)手机屏覆盖镀膜石英,白色虚线表示石英片边界;(f)无镀膜和镀膜石英片置于沸水之上,黄色虚线表示金刚石镀膜石英片边界;(g)无镀膜和镀膜石英表面的摩擦系数及划痕实验对比。 

金刚石具有优异的光学性能、高热导率、超高的硬度、耐磨性、抗腐蚀性、以及良好的生物相容性等,由于受传统预形核工艺限制,一般金刚石薄膜的厚度在200 nm以上,而透光率随着薄膜厚度的增加呈下降趋势,难以获得在紫外、可见光及红外波段的高透过率。 

鉴于此,唐永炳研究员及其团队成员黄磊、王陶博士等人通过自主研发的自组装植晶气相沉积法,成功制备出厚度仅为45nm的高致密金刚石纳米膜,镀膜石英玻璃在紫外—可见光波段的透光率高达90%,在水下的透光率高达98%,接近无镀膜石英玻璃。金刚石纳米膜在红外波段具有增透的效果,镀膜石英玻璃的透光率高达85%,比无镀膜石英玻璃高10%。 

进一步研究发现表面处理后的金刚石纳米膜具有超亲水和水下超亲油特性,使镀膜玻璃在蒸汽和温度剧变的环境下仍具有透明防雾的功能,并且在水下能够抗油污粘附,实现水下自清洁功能。此外,这种超薄金刚纳米膜具有优异的抗磨损性能,将高速运动的沙粒撞击金刚石纳米膜表面后,其表面形貌和透光率基本保持不变。并且发现镀膜后的石英玻璃具有超低摩擦系数和自润滑功能,摩擦系数比无镀膜降低了三倍以上。 

目前,该宽波段高透光率的超薄金刚石纳米膜可在半导体、石英、玻璃等多种商用基体材料上制备,在光学镜头、光学元件、监控、红外传感、海洋精密仪器等领域具有良好的应用前景。 

该研究得到了国家自然科学基金,广东省科技计划、深圳市科技计划等项目资助。


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