納米科學與技術：類金剛石碳基薄膜材料》以作者所在的固體潤滑國家重點實驗室十多年來在類金剛石碳基薄膜方面的理論和應用研究成果為基礎，從碳基薄膜材料和技術的系統性和全面性出發，參考吸收了相關國內外工作者的最新研究成果編寫而成，力圖比較全面地反映過去40年來類金剛石碳基薄膜材料的研究成果和進展，成為國內該領域一部具有代表性的科學專著。
《納米科學與技術：類金剛石碳基薄膜材料》是一部系統論述類金剛石碳基薄膜研究和應用中有關理論與技術的專著。《納米科學與技術：類金剛石碳基薄膜材料》在描述類金剛石碳基薄膜的定義、分類、制備方法及其應用的前提下，介紹了元素摻雜類金剛石碳基薄膜、新型結構碳基納米復合薄膜以及薄膜的摩擦學性能、機械性能、化學和熱穩定性、光電磁功能、生物醫學特性等方面的研究進展，并提出了相應的性能提升途徑和思路。
《納米科學與技術：類金剛石碳基薄膜材料》為類金剛石碳基薄膜領域的專家和研究人員提供了系統、翔實的科研成果和資料，可供類金剛石領域的工程技術人員閱讀，也可供從事表面科學與工程、固體潤滑材料研究的科技人員及高等院校的本科生和研究生參考。
薛群基，中國工程院院士，1942年”月出生于山東，1965年畢業于山東大學化學系，1967年獲得中國科學院蘭州化學物理研究所物理化學專業碩士學位，1980～1982年赴美國密執安大學做訪問學者。曾任中國科學院蘭州化學物理研究所所長、國際摩擦學理事會副主席、亞洲摩擦學理事會主席、中國機械工程學會摩擦學分會主任委員。現任中國科學院蘭州化學物理研究所學術委員會主任、中國科學院寧波材料技術與工程研究所技術委員會主任。在國外刊物發表論文400余篇．國內刊物發表論文200余篇，出版專著3部，獲國家發明專利30余件。曾獲國家自然科學獎二等獎1項，國家技術發明獎二等獎1項，省部級一、二和三等獎20余項．2002年獲何梁何利基金科學與技術進步獎，2009年獲（中國）摩擦學最高成就獎，2010年獲中國化學會一中國石油化工股份有限公司化學貢獻獎，2011年獲中國機械工程學會科技成就獎．2011年獲國際摩擦學最高獎——摩擦學金獎。
目錄
《納米科學與技術》叢書序
本書序
前言
第1章 類金剛石碳基薄膜概述 1
1.1 奇妙的碳材料 1
1.2 DLC薄膜的定義和結構 4
1.2.1 DLC薄膜的定義 4
1.2.2 DLC薄膜的結構模型 6
1.3 DLC薄膜的沉積機理 8
1.3.1 薄膜的沉積生長過程 8
1.3.2 DLC薄膜的沉積生長模型 11
1.4 DLC薄膜的結構表征 14
1.4.1 X射線光電子能譜 14
1.4.2 拉曼光譜 17
1.4.3 紅外光譜 20
1.4.4 透射電子顯微鏡 21
1.4.5 電子能量損失譜 25
1.4.6 表面形貌的觀測 26
1.5 DLC薄膜的制備方法 26
1.5.1 物理氣相沉積技術 27
1.5.2 化學氣相沉積技術 35
1.5.3 液相沉積技術 39
1.6 DLC薄膜的性能與應用 40
1.6.1 機械性能與應用 4l
1.6.2 電學性能及應用 43
1.6.3 光學性能及應用 44
1.6.4 生物醫學特性及其應用 45
1.6.5 其他特性及其應用 46
1.7 DLC薄膜發展的歷史回顧 47
1.8 DLC薄膜研究展望 53
參考文獻 55
第2章 元素摻雜類金剛石碳基復合薄膜 61
2.1 金屬摻雜DLC復合薄膜 64
2.1.1 Ti摻雜DLC復合薄膜 66
2.1.2 Cr摻雜DLC復合薄膜 75
2.1.3 W摻雜DLC復合薄膜 80
2.1.4 Mo摻雜DLC復合薄膜 82
2.1.5 Nb摻雜DLC復合薄膜 84
2.1.6 Al摻雜DLC復合薄膜 88
2.1.7 Cu、Ag和Au摻雜DLC復合薄膜 91
2.1.8 Fe、Co和Ni摻雜DLC復合薄膜 96
2.1.9 Ta、V、Zr和Hf摻雜DLC復合薄膜 100
2.1.10 其他金屬摻雜DLC復合薄膜 104
2.2 非金屬摻雜DLC復合薄膜 105
2.2.1 Si摻雜DLC復合薄膜 N 106
2.2.2 N摻雜DLC復合薄膜 111
2.2.3 F摻雜DLC復合薄膜 114
2.2.4 其他非金屬元素摻雜DLC復合薄膜 117
2.3 化合物摻雜DLC復合薄膜 119
2.3.1 MoS7 -DLC復合薄膜 N 119
2.3.2 MeN(或MeC) -DLC復合薄膜 122
2.3.3 MeO-DLC復合薄膜 122
參考文獻 123
第3章 新型結構類金剛石碳基復合薄膜 132
3.1 類富勒烯納米結構DLC薄膜 132
3.1.1 類富勒烯DLC薄膜的結構特點 133
3.1.2 類富勒烯DLC薄膜的制備工藝及沉積機理 134
3.1.3 類富勒烯DLC薄膜的力學及摩擦學特性 137
3.2 多元摻雜及多層梯度DLC復合薄膜 140
3.2.1 多元摻雜DLC納米復合薄膜 143
3.2.2 梯度及納米多層DLC復合薄膜 160
3.3 微／納織構化DLC復合薄膜 171
3.3.1 表面織構化的主要制備方法． 171
3.3.2 表面織構改善摩擦學性能研究進展 172
3.3.3 表面織構化DLC薄膜的制備與摩擦學研究 177
3.3.4 多尺度仿生微／納織構DLC薄膜的制備和性能研究 200
3.4 環境自適應智能DLC復合薄膜 209
3.4.1 空間環境變色龍薄膜體系 211
3.4.2 溫度變色龍薄膜體系 214
3.4.3 低濕度敏感性碳基薄膜 216
3.4.4 超韌變色龍涂層 223
3.4.5 多相碳基固體潤滑變色龍薄膜 225
3.4.6 固體液體復合潤滑自適應碳基薄膜體系 226
參考文獻 244
第4章 類金剛石碳基薄膜摩擦學性能 257
4.1 DLC薄膜的摩擦學行為影響因素及機理 257
4.1.1 DLC薄膜的摩擦學的耦合影響因素 258
4.1.2 DLC薄膜的摩擦學機理 265
4.2 DLC薄膜固有性能對摩擦學行為的影響 267
4.2.1 成分和結構的影響 267
4.2.2 表面粗糙度的影響 268
4.2.3 基體材料的影響 270
4.2.4 異質摻雜元素的影響 273
4.3 測試條件對DLC薄膜摩擦學性能的影響 274
4.3.1 載荷的影響 275
4.3.2 滑動速度的影響 279
4.4 摩擦副材料對DLC薄膜摩擦學牲能的影響 283
4.4.1 陶瓷材料與DLC薄膜配副對磨的摩擦學行為 284
4.4.2 金屬材料與碳基薄膜的摩擦學配副依賴性 288
4.4.3 利用摩擦化學方法分析碳基薄膜的摩擦學配副依賴性 294
4.4.4 利用能量耗散理論分析碳基薄膜的摩擦學配副依賴性 299
4.5 DLC薄膜在真空及各種氣氛環境中的摩擦學性能 302
4.5.1 惰性氣氛環境下的摩擦學性能 303
4.5.2 真空環境下的摩擦學性能 313
4.5.3 活性氣氛中的摩擦學性能 324
4.5.4 不同濕度環境下的摩擦學性能 327
4.6 DLC薄膜在水溶液環境下的摩擦學性能 343
4.6.1 在水環境下的摩擦學性能 343
4.6.2 在海水環境下的摩擦學性能． 378
4.6.3 在不同pH水溶液下的摩擦學性能 383
4.6.4 在生物體液環境下的摩擦學性能 385
4.6.5 在醇介質下的摩擦學性能 391
4.7 DLC薄膜在潤滑油下的摩擦學性能 394
4.7.1 潤滑油種類及其配方的影響． 395
4.7.2 測試條件的影響 403
4.7.3 摻雜金屬元素的影響 408
4.8 DLC薄膜在其他特殊環境下的摩擦學性能 416
4.8.1 原子氧輻照的影響 417
4.8.2 紫外輻照的影響 419
4.8.3 沙塵環境下的摩擦磨損性能． 421
參考文獻 431
第5章 類金剛石碳基薄膜的機械性能 447
5.1 DLC薄膜的硬度和彈性模量 447
5.1.1 薄膜硬度表征方法 447
5.1.2 DLC薄膜硬度及彈性模量的影響因素 450
5.2 DLC薄膜的殘余應力 465
5.2.1 殘余應力的測量 465
5.2.2 薄膜中的殘余應力 466
5.2.3 沉積參數對DLC薄膜殘余應力的影響 470
5.2.4 沖擊能對DLC薄膜內應力的影響 472
5.2.5 減少DLC薄膜殘余應力的途徑 475
5.2.6 薄膜應力釋放花樣 476
5.3 DLC薄膜的結合力 479
5.3.1 緒合力的測量 480
5.3.2 提高DLC薄膜的結合力 486
5.4 薄膜殘余應力及結合力與DLC薄膜的機械失效的關系 488
5.4.1 薄膜的斷裂 489
5.4.2 薄膜的分層脫落 489
5.5 DLC薄膜的韌性 490
5.5.1 涂層韌性測量 491
5.5.2 改善DLC薄膜的韌性 505
參考文獻 512
第6章 類金剛石碳基薄膜的熱穩定性和化學穩定性 518
6.1 DLC薄膜的熱穩定性 518
6.1.1 無氫DLC薄膜的熱穩定性 519
6.1.2 含氫DLC薄膜的熱穩定性 528
6.1.3 摻雜DLC薄膜的熱穩定性 542
6.1.4 多層DLC薄膜的熱穩定性 550
6.1.5 DLC薄膜的激光輻照熱特性 552
6.2 DLC薄膜的化學穩定性 560
6.2.1 DLC薄膜的腐蝕機理 561
6.2.2 DLC薄膜化學穩定性的影響因素 562
6.2.3 耐腐蝕DLC薄膜的設計 574
參考文獻 575
第7章 類金剛石碳基薄膜的光電磁功能特性 582
7.1 DLC薄膜光學性能的研究 582
7.1.1 DLC薄膜光學帶隙 584
7.1.2 DLC薄膜光學性能表征參數 586
7.1.3 薄膜微觀結構對DLC薄膜光學性能的影響 590
7.1.4 DLC薄膜的光學應用 597
7.2 DLC薄膜電學性能的研究 598
7.2.1 DLC薄膜電學傳導機制 599
7.2.2 DLC薄膜場發射性能的研究 601
7.2.3 DLC薄膜高介質性能的研究 612
7.2.4 DLC薄膜在電學領域的應用 613
7.3 DLC薄膜磁學方面的砑究 614
7.3.1 磁存儲領域DLC防護薄膜 615
7.3.2 磁存儲領域DLC薄膜作為磁交換耦合屏蔽膜 620
7.4 DLC薄膜新型功能性應用探索 625
7.4.1 聲學器件 625
7.4.2 電化學傳感器件 626
7.4.3 熱傳導器件 626
7.4.4 應變傳感器件 627
參考文獻 628
第8章 類金剛石碳基薄膜的生物醫學特性 634
8.1 DLC薄膜生物腐蝕與生物摩擦學的研究 635
8.1.1 金屬基材料表面DLC薄膜生物腐蝕與生物摩擦學性能 635
8.1.2 聚合物材料表面DLC薄膜的生物特性 640
8.2 DLC薄膜生物相容性的研究 642
8.2.1 DLC薄膜細胞毒性的實驗研究 643
8.2.2 DLC薄膜血液相容性的研究 650
8.2.3 DLC薄膜體內試驗的研究 655
8.3 DLC薄膜在生物醫學領域的應用 658
8.3.1 在醫療器具方面的應用 658
8.3.2 在人工關節系統方面的應用． 660
8.3.3 在心血管系統人工植入體方面的應用 661
參考文獻 662
第9章 類金剛石碳基薄膜的應用 666
9.1 DLC薄膜在汽車發動機領域的應用 669
9.1.1 低碳節能增效型汽車發動機對DLC薄膜的需求 669
9.1.2 DLC薄膜在發動機上的應用效果 673
9.2 DLC薄膜在模具領域的應用 679
9.2.1 氣相沉積技術在模具表面處理中的應用 680
9.2.2 DLC薄膜在模具上的應用效果 682
9.3 DLC薄膜在刀具領域的應用 688
9.3.1 著名涂層公司刀具涂層技術發展現狀 691
9.3.2 DLC涂層在刀具領域的應用現狀 694
9.4 DLC薄膜在基礎及通用機械行業的應用 699
9.4.1 在制冷壓縮機領域的應用 699
9.4.2 在各種軸承領域的應用 701
9.4.3 茌機械密封領域的應用 704
9.4.4 在無油潤滑機械系統的應用． 707
9.5 DLC薄膜在其他行業的應用 708
9.5.1 在管道內表面腐蝕防護領域的應用 709
9.5.2 在娛樂健身領域的應用 710
9.5.3 在醫療和生物器件領域的應用 712
9.5.4 在光學和電子器件領域的應用 715
9.5.5 在裝飾鍍膜領域的應用 716
9.5.6 在包裝材料領域的應用 719
參考文獻 720
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