兰州化物所碳化硅表面双层碳膜制备研究取得进展

双层碳膜形成机制图

　　近日，中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研究发展中心在四氯化碳气氛下碳化硅表面双层碳膜制备方面取得了新进展。

　　研究人员以四氯化碳为氯气源和碳源，通过碳化物衍生碳（CDC）过程和化学气相沉积（CVD）法，成功地在碳化硅表面制备出了双层碳膜。该双层碳膜分别由通过对碳化硅氯化形成的CDC亚表层和对四氯化碳热解形成的CVD表层构成。温度对该双层碳膜形成有重要作用。由于CDC过程的氯化率远高于CVD过程的沉积速率，因此CDC层比CVD层更厚。研究人员认为，可以通过引入氢气以及低温蒸发四氯化碳的方法降低CDC层的厚度。该双层碳膜的形成机制为碳化硅的氯化和CVD层的形成，这两个过程同时发生而又相互竞争。

　　该双层碳膜可作为比CDC更好的界面涂层应用于金属基复合材料中，也可作为机械密封件的润滑涂层。

　　近年来，由于CDC材料具有较高的比表面积和可控孔径分布等性能，引起研究人员的广泛关注，使其在储氢、催化剂、电池和超级电容器电极材料等领域得到应用。之前报道的CDC材料一般是通过对碳化物的高温氯化处理来制备，然而在CDC过程中，去除金属原子会导致非晶碳收缩，使其孔隙量达到80%。1997年初，卤代烃，如四氯化碳和三氯甲烷被认为可以用于在碳化物上制备游离碳。然而，目前为止有关此方面的报道还很少。该研究探讨了使用四氯化碳作为反应物在碳化硅上制备碳膜的可行性。

　　该研究结果发表在CARBON (2011, 732-736）上。