脉冲激光沉积技术是一种研究和开发新型高性能材料的有效途径，在制备新型碳材料——类金刚石膜方面，以其独有的特点，逐渐显现出填补传统技术空白的优势。但是，脉冲激光沉积技术制备的类金刚石膜也存在一些固有的缺陷，如内应力大、大面积不均匀等问题。如何采用脉冲激光沉积技术制备出具有工程应用价值的类金刚石膜，一直是国内外相关领域研究者的目标。全书共7章内容。从介绍类金刚石膜性质、组成、制备及应用入手，阐述脉冲激光沉积技术及其在制备类金刚石膜方面的机理和优点、缺点，以及类金刚石膜的测试与表征；详细讨论激光参数、基底状态、靶材种类以及环境气氛等因素对类金刚石膜性能的影响，偏重于阐述掺杂、退火、膜层结构及双激光技术等类金刚石膜降低内应力、提高膜层各种性能的改性技术；针对类金刚石膜的工程应用中存在的大面积不均匀、制备效率低的现实问题，展现多功能激光沉积系统，阐述脉冲激光沉积大尺寸均匀平面和球面类金刚石膜的装置、模型及实验；最后介绍脉冲激光沉积技术在制备其他功能薄膜方面的应用，展望该技术未来发展趋势和前景。
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序
前言
第1章 类金刚石薄膜概述 1
1.1 类金刚石膜的定义及性能 1
1.1.1 类金刚石膜的定义 1
1.1.2 类金刚石膜的性能 8
1.2 类金刚石膜的制备方法 11
1.2.1 物理气相沉积方法 13
1.2.2 化学气相沉积方法 31
1.2.3 液相沉积方法 44
1.3 类金刚石膜的应用 48
1.3.1 光学应用 48
1.3.2 机械应用 49
1.3.3 电学应用 50
1.3.4 医学应用 51
1.3.5 其他应用 51
1.4 类金刚石膜研究难题及其改进技术 52
1.4.1 类金刚石膜研究中存在的难题 53
1.4.2 常见类金刚石膜改性技术 55
1.4.3 类金刚石膜研究展望 59
参考文献 60
第2章 激光沉积法制备类金刚石膜的机理 67
2.1 激光沉积法的原理 67
2.2 激光沉积类金刚石膜及类石墨膜的理论模型 70
2.2.1 “浅注入(亚种植)”生长模型 71
2.2.2 “能量淬灭”生长模型 76
2.2.3 “热峰”生长模型 77
2.2.4 “离子刻蚀”生长模型 77
2.3 激光沉积薄膜的诱导等离子体 78
2.3.1 激光等离子体的形成与扩展 78
2.3.2 激光等离子体膨胀的动力学 81
2.3.3 等离子体的空间分布和飞行时间 85
2.3.4 等离子体的光谱特性 87
2.3.5 辅助气体对激光诱导等离子体的影响 97
2.4 激光沉积法制备类金刚石膜的优缺点 105
2.4.1 激光沉积法制备类金刚石膜的优点 105
2.4.2 PLD法制备类金刚石膜的主要缺点及改进措施 106
参考文献 112
第3章 类金刚石膜的性能测试与表征 115
3.1 傅里叶红外光谱 115
3.2 拉曼光谱 118
3.3 纳米硬度 122
3.4 X射线光电子能谱 129
3.5 椭偏光谱 132
3.6 表面形貌 136
3.6.1 扫描电子显微镜 136
3.6.2 原子力显微镜 138
3.7 摩擦磨损 141
3.8 薄膜应力 145
3.8.1 基片变形法 146
3.8.2 X射线衍射法 147
3.8.3 拉曼光谱法 148
3.9 膜基附着强度 149
3.9.1 纳米划痕法 149
3.9.2 纳米压痕法 151
3.9.3 刮剥法 152
3.9.4 拉伸法 152
3.9.5 抗剪切强度检测法 154
3.10 环境试验 155
3.10.1 牢固度试验 155
3.10.2 温度试验 155
3.10.3 侵蚀试验 156
3.10.4 其他试验 157
参考文献 157
第4章 激光沉积法制备类金刚石膜的影响因素 160
4.1 激光参数 160
4.1.1 激光波长 160
4.1.2 激光脉宽 162
4.1.3 激光功率密度 164
4.1.4 其他参数 189
4.2 靶材性质 190
4.2.1 常规固体靶材 190
4.2.2 其他种类靶材 193
4.3 气氛环境 203
4.3.1 氢气氛环境 204
4.3.2 氮气氛环境 206
4.3.3 氧气氛环境 211
4.3.4 惰性气体环境 213
4.4 基底状态 215
4.4.1 基底偏压 215
4.4.2 基底温度 218
4.4.3 基底倾斜 222
4.4.4 基底预处理 226
参考文献 226
第5章 激光沉积法制备类金刚石膜的性能改进技术 230
5.1 元素掺杂 232
5.1.1 金属掺杂DLC膜 233
5.1.2 非金属掺杂DLC膜 238
5.1.3 化合物掺杂DLC膜 245
5.2 退火后处理 248
5.2.1 高温热退火 248
5.2.2 激光退火 258
5.3 结构设计 271
5.3.1 周期性结构膜层 271
5.3.2 缓冲过渡层 277
5.3.3 基底预处理 278
5.4 双激光沉积技术 279
5.4.1 双激光沉积双层膜 279
5.4.2 双激光沉积掺杂膜 284
5.5 同步双脉冲沉积技术 290
5.5.1 双脉冲同步延时沉积 291
5.5.2 激光辐照等离子体沉积 294
参考文献 296
第6章 脉冲激光沉积类金刚石膜工程化研究 301
6.1 PLD系统的工程化应用 304
6.1.1 多功能设计 306
6.1.2 产业化设计 324
6.2 大尺寸基底均匀镀膜 332
6.2.1 大尺寸平面 333
6.2.2 大尺寸球面 348
6.3 硫化锌窗口DLC增透保护膜 356
6.3.1 研究目标及方案设计 357
6.3.2 复合膜系(过渡层)设计 360
6.3.3 梯度掺杂DLC保护膜设计 366
6.3.4 硫化锌样品的综合性能 369
参考文献 372
第7章 脉冲激光沉积技术的应用及展望 374
7.1 脉冲激光沉积技术制备功能薄膜 374
7.1.1 透明导电氧化物薄膜 375
7.1.2 高温超导薄膜 381
7.1.3 铁性薄膜 386
7.1.4 金属薄膜 391
7.1.5 电化学薄膜 394
7.1.6 摩擦力学薄膜 398
7.1.7 光波导薄膜 401
7.1.8 其他功能薄膜 405
7.1.9 小结 409
7.2 脉冲激光沉积技术展望 410
7.2.1 超短脉冲与高重频激光 410
7.2.2 双/多激光沉积技术 411
7.2.3 结合其他沉积技术 412
7.3 激光等离子-原子层沉积系统 416
参考文献 417
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