化学沉积碳膜中形态-结构的切换动力学——一种新见解

碳是研究最多的材料之一，在结构演化方面表现出混沌行为。合成碳材料在很大程度上取决于沉积技术、工艺参数、基底表面条件以及气态化学配比。已采用多种技术从不同气态混合物向不同基底材料沉积碳膜。在本研究中，针对称为热丝化学气相沉积和微波等离子体化学气相沉积的不同技术讨论了碳薄膜和厚膜，并在新的背景下解释了它们的合成过程。这里，我们讨论了原子或微小晶粒融合成特定晶粒或微晶相所获得的动力学，以及负责在所有类型的微小晶粒、晶粒和微晶形成中结合原子的电子动力学，这些控制着从几纳米到几微米厚度薄膜的整体形态-结构。固态碳原子在平坦表面融合时，会在均匀电子动力学下结合；而在不平坦表面融合时，则会在非均匀电子动力学下结合。具有适当表面缺陷或磨损的基底可提高微小晶粒的成核速率，从而提高其生长速率。本研究开创了碳膜尚未探索的科学领域，其中除了局部工艺参数外，基底的性质也影响着微小团簇、晶粒和微晶在其形成初期的动力学。我们的结果和讨论启发我们重新审视在不同尺度、不同组成的任何基底表面上沉积的不同类型薄膜的成核和生长机制。