多晶金刚石涂层的综合形貌表征

金刚石涂层的表面形貌强烈影响粘附、摩擦、磨损和生物相容性等表面性能。然而，对传统测量方法仅能捕获单一长度尺度，这阻碍了对多尺度形貌及其对性能影响的理解。本文使用透射电子显微镜表征四种不同的多晶金刚石涂层，以评估低至亚纳米尺度的粗糙度。然后利用功率谱密度（PSD）将这些测量与传统方法（触针轮廓仪和原子力显微镜）相结合，以表征所有尺度的形貌。结果证明了跨所有长度尺度测量形貌的关键重要性，特别是因为它们的PSD相互交叉，使得在较大尺度上更粗糙的表面在较小尺度上可能更光滑，反之亦然。此外，这些测量揭示了多尺度形貌与晶粒尺寸之间的联系，在平均晶粒尺寸处及略低于该尺寸时具有特征标度行为，而在其他长度尺度上呈现自仿射分形类粗糙度。在小的（亚晶粒）尺度上，未抛光表面表现出一种常见的残余粗糙度形式，其本质为自仿射，但难以用传统方法检测。这种从原子尺度到宏观尺度捕获形貌的方法被称为综合形貌表征，并且来自这些表面的所有形貌数据均已公开，供实验家和理论家进一步分析。在科学上，本研究的调查确定了多晶金刚石材料中形貌标度的四个特征区域。