第十四届全国表面工程大会

13 / 2022-07-04 17:42:37

Zr+/Nb+共注入对ZrO2薄膜的表面改性及第一性原理研究

表面改性,离子注入,SEM,第一性原理计算

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二氧化锆薄膜性能优良，应用于各个领域，特别是军事工业领域。近年来，二氧化锆薄膜在生物涂层及机械涂层表面也有很广泛的研究。因此，制备更好性能的二氧化锆薄膜有很重要的意义。在本文，把金属Ta作为硅片和二氧化锆薄膜的过渡层，以此来提高其结合力,但又有一定的晶格错配，不容易断裂，也对其生物性能有一定帮助。在不同条件下做出了二氧化锆薄膜和有金属过渡层的二氧化锆薄膜，来对比有过渡层的二氧化锆薄膜是否与基底结合更牢固，同时以钛合金为基底在同样的条件下做出二氧化锆薄膜，用来测试薄膜的亲水性。通过水接触角测试分析不同条件下二氧化锆薄膜的亲水性，对比样品在不同时间、工作气压、溅射功率下亲水性能的变化。之后同样对比不同条件下，二氧化锆薄膜的耐腐蚀性。其次，用在硅片上样品测其力学性能。并且采用扫描电镜、XPS、AFM和透射电镜等方法分析样品的晶体结构和表面离子形式。众所周知，离子注入可以改善或提高薄膜的各方面性能，采用离子植入技术将Zr和Nb离子共植入二氧化锆薄膜表面，以进一步提高薄膜的力学和生物学性能。通过对比离子注入前后二氧化锆薄膜的力学和生物学性能，可以知道离子注入提高了其亲水性、耐腐蚀性，并且在力学性能也有一定的帮助。其次，通过基于密度泛函理论的第一性原理去研究ZrO₂及Zr/Nb注入薄膜后各自的形成能和态密度，通过建立ZrO₂薄膜的几何模型，研究了界面能、态密度、电荷密度、差分电荷密度等相关性质，通过计算对实验所得的结果进行一些解释。