مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

ریزساختار، مورفولوژی و عملکرد الکتروکاتالیستی پوشش DLC نیمه‌رسانای نوع n لایه‌نشانی شده بر روی تیتانیوم از طریق PECVD

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
Malek-Ashtar University of Technology
10.30501/jamt.2026.562840.1348
چکیده
استفاده حداکثری از پتانسیل الکتروشیمیایی لایه‌های نازک کربن شبه‌الماس (DLC) در گرو فهم دقیق و ظریف از پارامترهای لایه‌نشانی آن‌ها است. این پژوهش به دقت به بررسی تأثیر عمیق نسبت فاز گازی متان به هیدروژن (CH₄/H₂) بر عملکرد الکتروشیمیایی لایه‌های DLC، که با استفاده از لایه‌نشانی شیمیایی بخار تقویت‌شده با پلاسمای جریان مستقیم (DCPECVD) بر روی زیرلایه‌های تیتانیوم ایجاد شده‌اند، می‌پردازد. یک بررسی سیستماتیک در طیف نسبت‌های CH₄/H₂ از 30/0.5 تا sccm 30/4.5، تأثیر چشمگیری را بر ریزساختار لایه، به‌ویژه نسبت هیبریداسیون sp³/sp² و مورفولوژی دانه آن، آشکار ساخت. مشخصه‌یابی جامع ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌سنجی رامان انجام شد، در حالی که رفتار الکتروشیمیایی به صورت کمی با استفاده از طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و تحلیل مات-شاتکی ارزیابی گردید. یافته‌ها به وضوح یک همبستگی مستقیم بین نسبت CH₄/H₂ و ویژگی‌های ساختاری و کارایی الکتروشیمیایی پوشش‌های DLC را تایید می‌کنند. به طرز قابل توجهی، نسبت بهینه 0.5/30 sccm منجر به تولید لایه‌های DLC با ریزساختار برتر، نسبت sp³/sp² بالاتر و ساختارهای دانه‌ای ریز و یکنواخت گردید که به نوبه خود، فعالیت الکتروکاتالیستی را به طور قابل توجهی افزایش داد. علاوه بر این، خواص نیمه‌رسانایی نوع n یکنواخت در تمام نمونه‌های DLC مورد بررسی مشاهده شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Microstructure, morphology, and electrocatalytic performance of n-type semiconductor DLC coating deposited on Titanium via PECVD

نویسندگان English

alireza sarshar noshahr
kourosh jafarzadeh
Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology,Tehran, Iran.
چکیده English

Unlocking the full electrochemical potential of diamond-like carbon (DLC) thin films hinges on a nuanced understanding of their synthesis parameters. This study meticulously investigates the profound influence of the methane-to-hydrogen (CH₄/H₂) gas ratio on the electrochemical performance of DLC films, precisely fabricated on titanium substrates via direct current plasma-enhanced chemical vapor deposition (DCPECVD). A systematic exploration across CH₄/H₂ ratios from 0.5/30 to 4.5/30 sccm revealed a dramatic impact on the film's microstructure, particularly its sp³/sp² hybridization ratio and grain morphology. Comprehensive microstructural characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy, while electrochemical behavior was quantitatively assessed via electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Mott-Schottky analysis. The findings unequivocally establish a direct correlation between the CH₄/H₂ ratio and both the structural attributes and electrochemical efficacy of the DLC coatings. Strikingly, an optimized CH₄/H₂ ratio of 0.5/30 sccm yielded DLC films with a superior microstructure, marked by a higher sp³/sp² ratio and finely uniform grain structures, which, in turn, facilitated markedly enhanced electrocatalytic activity. Furthermore, a consistent n-type semiconductor conductivity was observed across all investigated DLC samples.

کلیدواژه‌ها English

DLC
PECVD
Microstructure
Morphology
Electrocatalytic performance
دوره 14، شماره 4
زمستان 1404

  • تاریخ دریافت 25 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 20 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 26 خرداد 1405