CN115058696A - 一种Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于薄膜材料技术领域，涉及碳基薄膜材料技术领域，具体涉及一种Ti/Si共掺杂ta‑C导电碳基薄膜及其制备方法和应用。本发明的Ti/Si共掺杂ta‑C导电薄膜由Ti过渡层、Ti梯度含量掺杂ta‑C过渡层和Ti/Si共掺杂的ta‑C层组成，薄膜中的Ti掺杂含量为12.4～32.6at.％，Si掺杂含量为3.0～8.5at.％。所述薄膜采用磁过滤电弧离子镀和磁控溅射复合沉积技术在金属基体上沉积制得。本发明的Ti/Si共掺杂ta‑C薄膜具有高sp3碳‑碳键含量、低残余内应力和高导电性，可应用于电化学有机污水处理薄膜电极、燃料电池金属双极板和电化学重金属离子检测薄膜电极等领域。
Description
技术领域
本发明属于薄膜材料技术领域，涉及碳基薄膜材料技术领域，具体涉及一种Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国工业化进程的不断加快，经济得到了高速发展，但同时也使得环境问题愈发凸显。导致环境问题的其中一个重要原因是印染废水排出量大，而印染废水具有有机物浓度高、成分复杂、有毒有害等特点，且处理难度较大，采用一般的废水治理方法难以达到净化处理的经济和技术要求。由此，印染废水等高浓度有机废水的治理已经成为全国环境保护技术领域亟待解决的难题。
电化学氧化技术(EAOP)提供了一种极具前景的有机废水处理方法。在EAOP处理过程中，阳极表面发生催化氧化反应，产生具有高反应能力、强氧化性的羟基自由基(·OH)，进而攻击有机物大分子，使之降解为二氧化碳和水，达到去除污染物的目的。其中，阳极材料是电化学氧化技术的关键，研究者们一直致力于制备高析氧电位、高电导率、高催化活性、化学稳定性好、低成本的阳极材料，试图在高浓度有机废水处理方面获得突破。
硼掺杂金刚石(BDD)具有高析氧电位、高化学稳定性和无二次污染等特点，是目前综合性能最优的碳基涂层阳极材料。然而，BDD涂层的制备成本高，且高质量涂层沉积设备严重依赖进口，从而限制了其在有机污水降解领域中的大规模生产和应用。而四面体非晶碳(ta-C)是类金刚石碳膜材料的一种，具有高C-C sp3键含量(80％)，结构和性能非常接近金刚石，且具有优异的耐腐蚀性，相较于BDD电极，ta-C涂层具有易掺杂，无基体材料限制，可低温沉积(<150℃)等优势，是最有潜力替代BDD的高性能电化学氧化阳极材料之一。
然而，ta-C存在高电阻率(105-1010Ω·cm)、高内应力、与金属基体结合弱、以及催化活性低等问题，需要掺杂改性才能使其达到电极材料的实际应用要求。金属掺杂是非晶碳涂层改性的重要手段，可有效降低涂层的残余应力，提高韧性，增强膜基结合强度。金属掺杂还能显著增加非晶碳膜内的载流子浓度，增强涂层导电性。但金属掺杂会使ta-C薄膜的sp3键向sp2键转变，发生石墨化，降低薄膜的电化学电势窗、析氧电位及薄膜的耐腐蚀性，导致ta-C薄膜的电化学性能下降。因此，有必要提出一种新的ta-C薄膜改性方法，以解决四面体非晶碳膜ta-C导电性差、残余应力高、膜基结合力差及金属掺杂导致的石墨化问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜，采用强碳化物形成相金属Ti元素和非金属Si掺杂ta-C薄膜，Ti元素掺杂增强ta-C薄膜的导电性，降低残余应力，提高涂层的结合强度；Si元素掺杂则可以维持薄膜的sp3键含量，弥补金属Ti掺杂导致的ta-C薄膜石墨化问题；从而获得了具有优异导电性、高sp3键含量，且耐蚀性、低残余应力、高结合强度的ta-C薄膜，提高四面体非晶非晶碳膜ta-C的实用性。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜，所述薄膜为Si元素固溶、TiC纳米晶镶嵌的四面体非晶碳母相结构，薄膜中Ti的掺杂含量为12.4～32.6at.％，Si的掺杂含量为3.0～8.5at.％；所述薄膜由Ti金属过渡层、Ti梯度含量掺杂的ta-C中间层和Ti/Si共掺杂的ta-C层组成，所述Ti梯度含量掺杂的ta-C中间层包括高Ti掺杂含量的ta-C过渡层和中Ti掺杂含量的ta-C过渡层。
本发明利用Ti/Si共掺杂ta-C薄膜的设计，通过Ti元素掺杂增强ta-C薄膜的导电性，提高涂层的结合强度，同时通过Si元素掺杂维持薄膜的sp3键含量，弥补金属Ti掺杂导致的ta-C薄膜石墨化现象，获得具有优异导电性、高sp3键含量，且耐蚀性、低残余应力、高结合强度的ta-C薄膜。
本发明还提供了上述Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，即以Ti金属靶、TiSi合金靶和石墨靶为原料，利用磁过滤电弧磁控溅射复合沉积系统，采用磁过滤电弧及磁控溅射复合沉积技术在金属基体上沉积得到。
优选地，所述TiSi合金靶为Ti80Si20合金靶。
更优选地，上述Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、沉积Ti过渡层：将金属基体置于真空室的工件支架上，抽至真空度为3.0～5.0×10-3Pa，设置沉积温度为室温，调节基体的负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％；设置Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa；开启Ti靶磁控溅射电源，保持磁控靶电流为4～6A，沉积时间为5～7min；
S2、沉积Ti梯度含量掺杂的ta-C中间层：维持基体负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％，Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa；开启磁过滤电弧石墨靶，弧源电流为70～80A，沉积时间为10～15min，沉积得到高Ti含量掺杂的ta-C层：再修改磁控Ti靶的电流为2～3A；保持电弧石墨靶的电流为70～80A，Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa，基体负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％，沉积时间为10～15min，沉积得到中Ti含量掺杂的ta-C层；
S3、沉积Ti/Si共掺杂的ta-C层：关闭Ti金属靶电源，开启Ti80Si20磁控靶电源，设置电流为0～2A；保持电弧石墨靶的电流70～80A，Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa，基体负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％，沉积时间为40～80min，在基体上沉积Ti/Si共掺杂ta-C薄膜，即可制备得到Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜。
Ti作为强碳化物形成相金属，掺杂到ta-C薄膜中有两种存在形式，少量掺杂时为Ti固溶于C非晶网格内；超过固溶度时Ti与C结合，形成TiC相纳米晶粒，两种存在形式能为ta-C薄膜提供载流子，有效降低ta-C薄膜的电阻，提高导电率。同时，Ti的掺杂也可以降低ta-C薄膜的残余内应力，改善膜基结合力。非金属Si掺杂则易于与ta-C薄膜的sp2键C成键，形成类似于金刚石的四面体结构，从而维持薄膜的sp3键含量及结构稳定性。为解决四面体非晶碳膜ta-C导电性差、残余应力高、膜基结合力差及金属掺杂导致的石墨化问题，本发明通过调控磁控TiSi合金靶的电流来形成不同Ti、Si含量掺杂的ta-C薄膜。磁控TiSi合金靶溅射出的Ti、Si以及过滤电弧石墨靶蒸发出的C原子和原子团浓度均与靶材的电流大小呈正相关，因此Ti、Si掺杂含量可通过固定C电弧靶的电流，并调节磁控TiSi合金靶的靶电流来实现。利用Ti元素掺杂来增强ta-C薄膜的导电性，降低残余应力，提高涂层的结合强度；而Si元素掺杂则可以维持薄膜的sp3键含量，弥补金属Ti掺杂导致的ta-C薄膜石墨化问题。Ti含量梯度过渡层则主要是为了减小膜-基的物理性能差异，增强膜基结合强度。
同时，本发明的制备方法具有制备产品性能稳定，操作方便，工艺简单，制备周期短，成本低，绿色环保，便于工业化生产等优点，可以应用于电化学有机污水处理薄膜电极、燃料电池金属双极板和电化学重金属离子检测薄膜电极等领域。
进一步地，所述金属基体包括不锈钢片和钛金属基板。
进一步地，所述金属基体在沉积Ti过渡层前，先进行超声清洗和等离子体刻蚀清洗。
更进一步地，所述超声清洗为分别用金属离子清洗液和乙醇对金属基体进行超声清洗，最后用压缩氮气吹干。
具体地，所述金属离子清洗液包括但不限于丙酮。
更进一步地，所述等离子体刻蚀清洗为将超声清洗后的金属基体置于真空室的工件支架上，抽至真空度为3.0～5.0×10-3Pa，设置沉积温度为室温后，从阳极层离子源通入气体流量为100～150sccm的Ar气，调节沉积腔室内的环境压力为0.8～1.2Pa，基体施加负偏压-600～-800V，占空比为45～70％，开启阳极层离子源电源，离子源电压设置为1000～1200V，对基体进行等离子体刻蚀清洗，时间为10～20min。
更进一步地，所述金属基体在超声清洗前还进行抛光处理。
具体地，所述抛光处理为先用不同目数的砂纸对金属基体进行抛光，再用抛光布添加抛光膏抛光至镜面。
本发明还提供了上述Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜在制备电极材料中的应用，所述电极材料包括电化学有机污水处理薄膜电极、燃料电池金属双极板和电化学重金属离子检测薄膜电极。
本发明的Ti/Si共掺杂ta-C薄膜具有高sp3碳-碳键含量、低残余内应力和高导电性，可应用于电化学有机污水处理薄膜电极、燃料电池金属双极板和电化学重金属离子检测薄膜电极等领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜，该薄膜以Ti金属靶、TiSi合金靶和石墨靶为原料，采用磁过滤电弧及磁控溅射复合沉积技术在金属基底上沉积得到。一方面利用磁过滤电弧技术蒸发石墨靶可有效减少弧靶喷射出的石墨颗粒，降低ta-C碳膜表面的大颗粒缺陷；另一方面利用磁控溅射TiSi合金靶可以精确控制Ti、Si元素的掺杂含量。同时，利用ta-C碳膜优秀的耐蚀性，通过控制磁控TiSi合金靶电源的电流大小制备不同含量的金属Ti和非金属Si掺杂的ta-C薄膜，Ti固溶相和TiC纳米晶均能改善ta-C薄膜的导电性，降低ta-C薄膜的内应力，与Ti梯度含量掺杂的ta-C过渡层一起，同时增强ta-C与基体的结合强度，解决ta-C薄膜导电性差、与金属基体结合力差的问题，Si元素掺杂可以维持薄膜的sp3键含量，弥补金属Ti掺杂导致的ta-C薄膜石墨化问题，Ti/Si共掺杂可改善ta-C薄膜在有机污水电化学处理薄膜电极等领域应用时的使用性能和使用寿命。此外，本发明制备Ti/Si共掺杂ta-C导电薄膜的方法，工艺性能稳定，重复率高，操作方便，制备周期短，成本低，绿色环保，便于工业化生产应用。
附图说明
图1为Ti/Si共掺杂ta-C导电碳膜的结构示意图；
图2为实施例1、2和对比例1薄膜截面的扫描电镜微观形貌图；
图3为实施例1、2和对比例1薄膜截面的透射电镜微观形貌图；
图4为实施例1、2和对比例1薄膜的残余内应力；
图5为实施例1、2和对比例1薄膜的划痕膜-基结合力结果；
图6为实施例1和对比例2薄膜的X射线光电子能谱拟合计算sp3含量结果；
图7为实施例1、2和对比例1薄膜的电阻率检测结果。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。
实施例1ta-C:Ti 12.4at.％,Si 3.0at.％薄膜的制备
本实施例的Ti/Si共掺杂ta-C导电薄膜，Ti掺杂含量为12.4at.％,Si掺杂含量为3.0at.％，简称ta-C:Ti 12.4at.％,Si 3.0at.％薄膜。本实施例使用的基体为316L不锈钢。
如图1所示，所述Ti/Si共掺杂ta-C导电薄膜从下到上由Ti过渡层、Ti梯度含量掺杂ta-C过渡层(高Ti掺杂含量的ta-C过渡层和中Ti掺杂含量的ta-C过渡层)和Ti/Si共掺杂的ta-C层组成；所述薄膜利用磁过滤电弧磁控溅射复合沉积系统(DG-3BY)，以Ti金属靶、TiSi合金靶和石墨靶为原料，采用磁过滤电弧离子镀和磁控溅射复合沉积技术在金属基底上沉积制得。具体制备方法包括以下步骤：
(1)将经抛光处理后的不锈钢片基体(先用不同目数的砂纸抛光，再用抛光布添加抛光膏抛光至镜面)送入超声波清洗机，依次用丙酮、无水乙醇以30kHz的频率分别进行超声清洗15min，然后用去离子水清洗，再用纯度≥99.5％的氮气吹干。
(2)将超声清洗后的基体置于真空室的工件支架上，抽取沉积腔室内气体，抽至真空度为5.0×10-3Pa以下。设置沉积温度为室温，基体支架的公转转速为30rpm/min。通入气体流量为120sccm的Ar气，调节节流阀使沉积腔的室内环境压力为1Pa，基体加负偏压-800V，占空比为70％，打开阳极层离子源电源，离子源电压设置为1000V，对基体进行等离子体刻蚀清洗，持续时间为10min。
(3)沉积Ti过渡层：关闭离子源，调节通入Ar气气体的流量为90sccm，调节节流阀使沉积腔室内环境压力为0.8Pa，调节靶材与基体的距离为6～20cm，开启磁控Ti靶电源，磁控电流为5A，基体加负偏压为-100V、占空比为70％，沉积时间为5min，得到Ti金属过渡层。
(4)沉积高Ti掺杂含量的ta-C过渡层(也称多Ti ta-C层)：开启电弧石墨C靶，弧源电流为80A，同时保持Ti靶磁控电流为5A，Ar气体流量为90sccm，沉积腔室内环境压力为0.8Pa，基体加负偏压-100V、占空比为70％，沉积时间为10min，获得高Ti掺杂含量的ta-C过渡层；
(5)沉积中Ti掺杂含量的ta-C过渡层(也称少Ti ta-C层)：之后修改磁控Ti靶电流为3A，其他条件不变，沉积时间为10min，获得中Ti掺杂含量的ta-C过渡层。
(6)沉积Ti/Si共掺杂的ta-C层：关闭Ti金属靶电源，开启Ti80Si20磁控靶电源，设置电流为0.5A；保持电弧石墨靶电流为80A，Ar气体流量为90sccm，沉积腔室内环境压力为0.8Pa，基体加负偏压-100V、占空比为70％，沉积时间为60min，在基体上沉积得到Ti/Si共掺杂ta-C薄膜。
(7)完成镀膜后，打开真空室取出基体，在不锈钢基体表面制备出ta-C:Ti12.4at.％,Si 3.0at.％薄膜。
实施例2ta-C:Ti 32.6at.％,Si 8.5at.％薄膜的制备
制备方法同实施例1，与实施例1的区别在于：步骤(6)沉积最后一层Ti/Si共掺杂ta-C层的磁控Ti80Si20靶电源电流不同，磁控Ti80Si20靶的电源电流为2A，制备的薄膜为ta-C:Ti 32.6at.％,Si 8.5at.％。
对比例1ta-C薄膜的制备
制备方法同实施例1，与实施例1的区别在于：步骤(6)沉积最后一层Ti/Si共掺杂ta-C层时，关闭磁控Ti80Si20靶的电源，制备的是表面层为无掺杂的纯ta-C薄膜。
对比例2ta-C:Ti 12.2at.％薄膜的制备
制备方法同实施例1，与实施例1的区别在于：沉积最后一层Ti/Si共掺杂ta-C层时，关闭磁控Ti80Si20靶电源电流，开启磁控Ti金属靶电源，靶电源电流设置为0.5A，制备的薄膜为ta-C:Ti 12.2at.％。
实施例1性能测定
(1)元素扫描分析
对本发明实施例1、实施例2和对比例1的薄膜使用扫描电子显微镜(FEI NovaNano SEM 430)中的EDS能谱仪进行元素扫描分析，获得薄膜的Ti、Si元素掺杂含量；同时对薄膜截面形貌进行观察。
如图2所示，薄膜结构均较为致密，与基体结合良好，对比例1(ta-C薄膜)为玻璃态非晶结构，随着Ti、Si元素含量的增加，薄膜结构由玻璃态非晶结构向柱状晶结构转变，说明Ti、Si元素掺杂导致薄膜中出现结晶相。
(2)微观形貌检测
对本发明实施例1、实施例2和对比例1的薄膜截面采用荷兰FEI公司的FEI TTiosF200S型场发射透射电子显微镜对薄膜的微观形貌进行检测。
结果如图3所示，对比例1(ta-C薄膜)为原子长程无序的非晶结构；掺杂12.4at.％Ti元素和3.0at.％Si元素后，实施例1出现少量TiC结晶相，说明少量Ti掺杂，Ti主要固溶在非晶C网格内，少部分析出TiC相，无含Si结晶相，说明Si以固溶形式存在于非晶碳网格内；实施例2中当Ti元素掺杂含量达到32.6at.％，Si元素掺杂含量达到8.5后at.％，生成大量TiC纳米晶相，尺寸约为20～40nm，Si仍以固溶形式存在于非晶碳网格内。
(3)残余应力表征
对本发明实施例1、实施例2和对比例1的薄膜采用Supro Instruments公司的FST-1000型薄膜应力仪来表征薄膜的残余应力。通过分别测量沉积涂层前和沉积涂层后的基体曲率，后结合Stoney公式，由设备配套软件计算并获得涂层的残余应力。
结果如图4所示，对比例1的ta-C薄膜的残余压应力较大，达到了-4.4GPa；掺杂Ti、Si元素后残余应力显著降低，实施例1为-2.3GPa，实施例2则降至-1.2GPa，说明通过掺杂元素释放了薄膜中的残余应力。
(4)膜-基结合力测试
对本发明实施例1、实施例2和对比例1的薄膜采用Anton Paar公司研发的RST3型大载荷划痕仪测试薄膜的膜-基结合力，定义Lc2为薄膜失效完全剥落时的临界载荷，以Lc2作为膜-基结合力。测试过程中，设置载荷范围为0～50N，划痕长度为3mm。
划痕结果如图5所示，对比例1的ta-C薄膜与金属基体的结合力较差，仅为2.5N，主要是由于薄膜残余内应力较大，划动过程中出现剥落失效；掺杂Ti、Si元素后膜基结合力显著提高，实施例1为22.1N，实施例2则升至43.5N，主要原因是掺杂元素显著降低了薄膜的残余内应力，同时梯度过渡层也起到弥补碳膜和金属基体物性差异，提高结合力的作用。
(5)键合组成分析
对本发明实施例1和对比例2的薄膜采用X射线光电子能谱(XPS)分析薄膜的键合组成，C1s谱峰可以拟合成电子间结合能位于286.6eV、285.3eV和284.5eV的三个主要谱峰，分别对应C-O键、sp3 C-C键和sp2 C-C键。对C1s谱峰的sp3 C-C键和sp2 C-C键拟合高斯峰求积分面积，进而计算获得薄膜的sp3/(sp3+sp2)值。
如图6所示，掺杂Ti含量为12.2at.％的对比例2的ta-C薄膜的sp3键含量为31.4％，掺杂Ti含量为12.4at.％、Si含量为3.0at.％的实施例1的ta-C薄膜的sp3键含量为38.8％，相较纯金属Ti掺杂的ta-C薄膜，Si元素共掺杂能有效抑制Ti金属元素掺杂导致的ta-C薄膜石墨化问题。
(6)电阻率测试
对本发明实施例1、实施例2和对比例1的薄膜采用JouleYacht HET-RT霍尔效应仪测试薄膜的导电性，获得薄膜的电阻率。
如图7所示，对比例1的ta-C薄膜由于sp3含量高，性能接近金刚石，因此电阻率较高，达到105Ω·cm以上；Ti、Si元素掺杂显著降低了薄膜的电阻率，实施例1的电阻率降低了7个数量级，实施例2的电阻率降低了8个数量级，达到10-3Ω·cm，主要原因是Ti固溶相及TiC纳米晶为薄膜提供了更多的载流子，改善了薄膜的导电性能。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜，其特征在于，所述薄膜为Si元素固溶、TiC纳米晶镶嵌的四面体非晶碳母相结构，薄膜中Ti的掺杂含量为12.4～32.6at.％，Si的掺杂含量为3.0～8.5at.％；所述薄膜由Ti金属过渡层、Ti梯度含量掺杂的ta-C中间层和Ti/Si共掺杂的ta-C层组成，所述Ti梯度含量掺杂的ta-C中间层包括高Ti掺杂含量的ta-C过渡层和中Ti掺杂含量的ta-C过渡层。
2.权利要求1所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，以Ti金属靶、TiSi合金靶和石墨靶为原料，利用磁过滤电弧磁控溅射复合沉积系统，采用磁过滤电弧及磁控溅射复合沉积技术在金属基体上沉积得到。
3.根据权利要求2所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，所述TiSi合金靶为Ti80Si20合金靶。
4.根据权利要求3所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、沉积Ti过渡层：将金属基体置于真空室的工件支架上，抽至真空度为3.0～5.0×10-3Pa，设置沉积温度为室温，调节基体的负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％；设置Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa；开启Ti靶磁控溅射电源，保持磁控靶电流为4～6A，沉积时间为5～7min；
S2、沉积Ti梯度含量掺杂的ta-C中间层：维持基体负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％，Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa；开启磁过滤电弧石墨靶，弧源电流为70～80A，沉积时间为10～15min，沉积得到高Ti含量掺杂的ta-C层：再修改磁控Ti靶的电流为2～3A；保持电弧石墨靶的电流为70～80A，Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa，基体负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％，沉积时间为10～15min，沉积得到中Ti含量掺杂的ta-C层；
S3、沉积Ti/Si共掺杂的ta-C层：关闭Ti金属靶电源，开启Ti80Si20磁控靶电源，设置电流为0～2A；保持电弧石墨靶的电流70～80A，Ar气体的流量为60～120sccm，沉积腔室内的环境压力为0.7～0.9Pa，基体负偏压为-50～-100V，占空比为45～70％，沉积时间为40～80min，在基体上沉积Ti/Si共掺杂ta-C薄膜，即可制备得到Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜。
5.根据权利要求4所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属基体包括不锈钢片和钛金属基板。
6.根据权利要求4所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属基体在沉积Ti过渡层前，先进行超声清洗和等离子体刻蚀清洗。
7.根据权利要求6所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，所述超声清洗为分别用金属离子清洗液和乙醇对金属基体进行超声清洗，最后用压缩氮气吹干。
8.根据权利要求6所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀清洗为将超声清洗后的金属基体置于真空室的工件支架上，抽至真空度为3.0～5.0×10-3Pa，设置沉积温度为室温后，从阳极层离子源通入气体流量为100～150sccm的Ar气，调节沉积腔室内的环境压力为0.8～1.2Pa，基体施加负偏压-600～-800V，占空比为45～70％，开启阳极层离子源电源，离子源电压设置为1000～1200V，对基体进行等离子体刻蚀清洗，时间为10～20min。
9.根据权利要求6所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属基体在超声清洗前还进行抛光处理。
10.权利要求1所述的Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜在制备电极材料中的应用，其特征在于，所述电极材料包括电化学有机污水处理薄膜电极、燃料电池金属双极板和电化学重金属离子检测薄膜电极。
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| CN115058696B (zh) | 2024-04-19 |
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