通过XPS和REELS评估DLC薄膜中的sp2sp3碳含量

  键碳的长程无序立体网状结构。DLC材料作为21世纪战略新材料之一，因具备质量稳定（化学惰性），硬度高，耐磨、抵抗腐蚀能力好，摩擦系数低，与基体结合力强以及生物相容性好等优良性能，被大范围的应用于机械、汽车、光学、医疗、包装印刷和电子材料等领域。研究表明，DLC膜的性质主要由sp键的含量变化范围广，在不同工艺条件下制备的DLC膜的性能也不一样。因此，表征DLC膜中碳原子的杂化和成键方式对研究其改性和制备工艺的改良非常非常重要。10 um)的元素组分、元素含量以及化学态解析能力，结合离子束剥离技术和变角度xps技术，还可以对膜层结构可以进行深度分析。此外，利用反射式电子能量损失谱（reels），能轻松的获得碳原子的杂化与成键方式。因此，结合xps和reels就可以在一定程度上完成对dlc薄膜中sp

  电子能量损失谱学是研究材料性质的重要手段，它通过一系列分析电子束与材料相互作用过后的非弹性散射电子的能量损失分布，获取材料的本征信息。其原理是利用已知动能的电子束轰击材料，入射电子经历和材料原子的非弹性碰撞，而发生角度偏转与能量交换，能量交换过程来源于对材料的电子态激发，它因而包含了材料的能带结构信息。REELS是反射式电子能量损失谱，利用特定能量的电子束为激发源，与样品发生非弹性碰撞后测量其反射电子的能量分布。

  这种能量分布包含由于激发原子态、芯能级和价带跃迁、材料带隙等引起的离散能量损失特征。因此，利用REELS能够直接进行表面电子态、化学态分析，半导体带隙的测量，碳sp

  根据在2005年德国工程师学会上制定的“碳涂层标准，可将DLC薄膜分为不一样的种类。若已知薄膜中的碳sp

  杂化键的比例以及氢含量，就可以获得不同性能特征的DLC薄膜，并根据三元相图确定样品所对应的DLC膜的种类(如下图所示)。

  杂化碳的信息，从而判断出DLC薄膜的种类。下图（左）展示了, XPS对不同工艺下制备的DLC薄膜的定性和定量分析结果：结合能在284.5±0.2 eV和285.5±0.2 eV的特征峰分别归因于sp

  2/sp3碳的比值。为进一步鉴定样品中碳的sp2/sp3杂化，对样品进行了原位REELS表征，结果见下图（右）。C 1s core-loss采谱的能量范围为E=280-320 eV。谱图主要存在两个特征峰：～285 eV处代表了1s→π

  REELS证明了样品中sp2、sp3杂化碳的存在，且二者在不同碳材料中的比例各不相同。

  PHI VersaProbe系列XPS可搭载REELS分析装置，利用XPS评估DLC薄膜中sp

  杂化，二者相辅相成。总而言之，结合XPS和REELS可实现对碳材料样品的原位表征，快速评估DLC薄膜样品的性能，以辅助科研人员深入研究DLC薄膜。

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