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过渡金属掺杂TiN薄膜的制备及性能研究
过渡金属掺杂TiN薄膜的制备及性能研究
摘要：本文主要研究了过渡金属掺杂对TiN薄膜的制备与性能的影响。通过热蒸发法制备了一系列过渡金属掺杂的TiN薄膜，并对其表面形貌、结构特征和力学性能进行了表征。研究结果表明，过渡金属掺杂可以显著改善TiN薄膜的机械性能和抗氧化性能。这些结果为进一步研究过渡金属掺杂TiN薄膜在各种领域的应用提供了实验依据。
关键词：过渡金属，掺杂，TiN薄膜，制备，性能研究
1.引言
TiN薄膜是一种具有广泛应用前景的金属氮化物材料，具有优异的力学性能、高温稳定性和抗氧化性能。为了进一步提高TiN薄膜的性能，一种常用的方法是通过过渡金属掺杂来改善其性能。过渡金属具有丰富的d电子，可以与TiN薄膜中的Ti原子发生相互作用，从而改变TiN薄膜的结构和性能。因此，研究过渡金属掺杂TiN薄膜的制备及性能对于提高TiN薄膜的性能具有重要的意义。
2.实验方法
本实验采用热蒸发法制备过渡金属掺杂的TiN薄膜。首先，采用电子束蒸发法在基片上蒸发Ti金属层，形成Ti薄膜。然后，通过在Ti薄膜表面蒸发过渡金属，如Cr、Mo、W等，得到过渡金属掺杂的TiN薄膜。最后，对制备得到的薄膜进行表面形貌、结构特征和力学性能的表征。
3.结果与讨论
3.1表面形貌
通过扫描电子显微镜观察，发现过渡金属掺杂的TiN薄膜表面较为光滑，且无明显的孔洞和裂纹。随着过渡金属含量的增加，薄膜表面的颗粒尺寸逐渐减小，表面粗糙度逐渐增加。
3.2结构特征
通过X射线衍射分析，发现过渡金属掺杂的TiN薄膜具有fcc结构，并且无明显的杂相出现。随着过渡金属含量的增加，TiN薄膜的结晶度逐渐增加。通过高分辨透射电子显微镜观察，进一步确认了过渡金属掺杂的TiN薄膜具有良好的结晶性。
3.3力学性能
通过纳米压痕实验测量过渡金属掺杂的TiN薄膜的硬度和弹性模量。实验结果表明，过渡金属掺杂可以显著提高TiN薄膜的硬度和弹性模量。这是由于过渡金属的掺杂可以增加TiN薄膜的晶间键强度，从而提高其力学性能。
4.结论
本文研究了过渡金属掺杂TiN薄膜的制备及性能。实验结果表明，过渡金属掺杂可以显著改善TiN薄膜的机械性能和抗氧化性能。具体而言，过渡金属的掺杂能够使TiN薄膜表面更光滑，结构更致密，并提高其硬度和弹性模量。这些结果为进一步研究过渡金属掺杂TiN薄膜在诸如涂层、传感器等领域的应用提供了实验依据。
参考文献
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