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金剛石具有很多優異性能,如高硬度、高導熱性、良好的透光性以及化學惰性等,在自然界所有的材料中均是首屈一指的。隨著人們對金剛石的深入研究和廣泛應用，對金剛石的工業需求日益增多，人們對硬質碳素材料有了更進一步的需求和探索， 因此人們渴望找到其它一種可以替代金剛石的功能材料。1971年，Aisenberg等[1］首次采用離子束沉積技術在室溫條件下獲得一種物理性能接近于金剛石的硬質碳膜，由 X 射線衍射分析推斷這種硬質碳膜可能存在晶格常數類似于金剛石的微晶區，因而稱這種硬質碳膜為類金剛石碳膜。正是由于和金剛石薄膜的高溫化學氣相沉積技術相比，類金剛石薄膜具有的低溫氣相大面積制備優點，自此掀起了全球范圍內的類金剛石研究熱潮.
類金剛石(Diamond-like carbon， DLC）膜是一類定義廣泛的無定形碳材料，主要由含金剛石相的 sp3雜化鍵和石墨團簇相的 sp2雜化鍵三維交叉形成的三維碳網絡結構，具有類似于金剛石的許多優異特性，如高硬度、低摩擦系數、高耐磨耐蝕性、寬透光范圍、優異生物兼容性等［2］。同時,DLC 薄膜具有（1）無晶界的光滑表面;（2）低溫生長（<200°C）；（3）制備方法簡單廉價,利于大面積生長的多種可選 PVD、CVD 技術；（4）調控工藝參數和技術，薄膜結構和性能可在大范圍內剪裁等優點。因此,當曾被譽為“21 世紀新材料"的金剛石硬質薄膜的產業進程因生長面積小、加工困難、價格昂貴等瓶頸受阻時，DLC 薄膜作為一種新型的多功能硬質薄膜材料,引起了越來越多的科研學者和工程人士的關注和重視。
DLC薄膜的結構
碳元素屬于第Ⅳ族元素，其基態的電子結構是1s2s2p。根據Hund定則，電子在等價軌道上分布時,電子將盡可能以自旋平行的方向分占不同的軌道，其中兩個2p電子自旋方向相同，沒有成對電子，在一定條件下，碳原子一個 2s 電子可以激發到 2pz軌道上，構成 1s22s1px12py12pz1 ,具有四個未成對電子混合組成新的等同軌道（雜化軌道），由此可產生三種不同的成鍵組態：sp1型、sp2型和sp3型.
在sp1組態中，碳原子的4個價電子，有兩個價電子形成較強的σ鍵，其它兩個電子形成π鍵；在sp2組態中，有三個價電子與相鄰的碳原子結合，形成平面三角形的sp2雜化軌道，為σ鍵，而第四個價電子則處在垂直于平面的軌道,形成較弱的π鍵；在sp3組態中，四個價電子都與相鄰的碳原子結合，組成以正四面體取向的sp3雜化軌道，形成σ鍵。自然界中，石墨晶體完全由C-C sp2鍵構成，金剛石全部由C—C sp3鍵構成。而DLC則是由sp2鍵和 sp3鍵（還可能含有少量的sp1）隨機組合形成的無定形碳網絡矩陣。根據 DLC 的鍵結構和組份的不同，可將其大致分為不含氫類 DLC 和含氫類 DLC(如圖1所示[3]）.
不含氫的DLC包括: ①四面體配位無定形碳 （tetrahedral amorphous carbon, ta—C），其C-C sp3鍵含量高達80%以上，硬度可達到80GPa。通常采用磁過濾真空電弧、脈沖激光沉積等方法獲得;②類石墨無定形碳(graphite-like amorphous carbon， GLC)，膜內sp3含量低于20%， 硬度在10~20GPa之間。GLC具有較好的導電性和摩擦學特性,可以利用磁控濺射和等離子體增強化學氣相沉積（PECVD)等方法制得［3］.
含氫DLC又分為如下幾種：①類聚合物氫化無定形碳 （polymer-like a-C:H， PLCH)，這種無定形碳氫含量較高,sp3含量高達70%，與ta—C不同的是，sp3鍵主要為C—H 鍵。所以相對質地很軟,密度小，具有良好的柔韌性和彈塑性。②如果控制氫的含量在20%左右，此時，薄膜變為類金剛石氫化無定形碳（diamond—like hydrogenated amorphous carbon, DLCH)，其sp3鍵含量沒有PLCH高，但C-C sp3鍵含量比PLCH要高，因而硬度相對較高。 通?？衫么趴貫R射配合適當的偏壓制備或采用電子回旋共振等方法也可獲得。③氫化四面配位無定形碳(hydrogenated tetrahedral amorphous films, ta-C:H)與ta—C 類似，sp3鍵含量很高，氫含量大概在 25~30％之間。如果向 DLC 膜中摻入金屬元素，則可以形成 sp2-sp3—Me 三相體系。由此可以構筑更復雜的薄膜結構，使 DLC 膜具有更優異的力學性能、摩擦學性能、電學性能、生物兼容性等.
通常，DLC 薄膜的內在微結構直接決定著薄膜的表觀物化性能。對類金剛石薄膜而言，sp3鍵的含量、sp2含量及團簇情況都將直接影響 DLC 膜的物理和化學性質.通常sp3鍵的組分決定DLC膜的機械性能,而 sp2鍵決定薄膜的光電性能[2]。在具體沉積DLC膜時,通過選擇不同的沉積方法和沉積條件,調節DLC膜中的碳結構,進而可控制薄膜的機械性能和光電特性。DLC膜另一顯著優勢是在抗摩擦磨損方面的運用。DLC膜在摩擦的過程中，容易形成石墨化的轉移膜，使薄膜表現出超潤滑的摩擦行為[4-6]。最近有報道指出,部分金屬摻雜DLC膜表現出對環境依賴性很小的超摩擦行為[7］.
總的來說，DLC 膜具有較高的硬度和彈性模量、低的摩擦系數、高的熱導率、較大的光學帶寬和折射率、良好的化學惰性和生物相容性等綜合優異特性。在機械、摩擦學、光學、電子、生物醫學等方面具有廣泛的應用前景。例如,利用DLC膜硬度大、低摩擦系數和耐磨損等優異特性，將其沉積在刀具和鉆頭的表面上，增加刀具和鉆頭表面硬度，減小摩擦磨損，以延長刀具和鉆頭使用壽命。利用其對可見光和紅外的優異透光率，可以用它來保護光學窗口、貴重光學鏡頭。最近也有文獻報道稱，將DLC 膜沉積在太陽能電池上，作為減反增透層，也能起到減反作用，提高能量利用率和電池轉換效率。甚至也有研究者將DLC 沉積在PET 材料的啤酒瓶上，發現其可以減小氧和 CO2 的擴散,延緩啤酒的保存壽命,進而作為軟飲料的一種存儲用涂層材料。此外，DLC 還可以用在人造關節、精密儀表的零件、微電子器件、航空航天等領域。
DLC薄膜性能
機械性能：高硬度和高彈性模量、優異的耐磨性、低摩擦系數
DLC膜中氫的含量超過40%門限時能獲得很低的摩擦系數，但過多的氫存在將降低膜與基體的結合力和表面硬度，使內應力增大。
電學性能：表面電阻高化學惰性大
光學性能：DLC膜在可見光區通常是吸收的，在紅外區具有很高的透過率
穩定性；亞穩態的材料，熱穩定性很差， 400攝氏度
DLC薄膜應用
1.機械領域的應用
用于防止金屬化學腐蝕和劃傷方面
磁介質保護膜
2.電子領域的應用
ULSI芯片的制造：光刻電路板的掩膜
ULSI的BEOL(線后端)互聯結構的低K值的材料
碳膜和DLC膜交替出現的多層結構構造共振隧道效應的多量子阱結構
DLC可作為平面板場發射顯示FED的電子發射器
3.光學領域的應用
用在鍺光學鏡片上和硅太陽能電池上作為減反射膜
塑料和聚碳酸脂等低熔點材料組成的光學透鏡表面抗磨損保護層
DLC膜為性能極佳的發光材料之一：光學隙帶范圍寬，室溫下光致發光和電致發光率都很高
4.醫學領域的應用
在人工心臟瓣膜的不銹鋼或鈦合金表面沉積DLC膜能同時滿足機械性能、耐腐蝕性能和生物相溶性要求
人工關節承受面的抗磨層
鍍膜基片
指在什么材質上鍍膜?；淄鞘褂铆h境和用途決定。常見的鍍膜基底選擇？ 如氣體分析保護金多用氟化鈣基底，普通反射鏡用浮法玻璃，激光腔鏡用硅基底，紅外濾光片多用硅鍺，可見及近紅外多是玻璃，無氧銅多是鎳和金等。
氟化鈣，氟化鋇，氟化鎂，藍寶石，鍺，硅，硫化鋅，硒化鋅，硫系玻璃，N-BK7,熔融石英等
鍍膜材料
附著在基底上的起到透射，反射，分光等作用的材料，可能是光學材料如硫化鋅、氟化鎂等，也可能是金屬，如鋁金等。目前成熟大批量光學鍍膜材料多是顆粒狀或是藥片狀，也有整塊晶體鍍膜靶材；金屬鍍膜材料多是絲及塊狀；基底，用途，和鍍膜指標決定用什么鍍膜材料。
光學鍍膜概念及原理
鍍膜是用物理或化學的方法在材料表面鍍上一層透明的電解質膜，或鍍一層金屬膜，目的是改變材料表面的反射和透射特性，達到減少或增加光的反射、分束、分色、濾光、偏振等要求。常用的鍍膜法有真空鍍膜(物理鍍膜的一種)和化學鍍膜。光學零件表面鍍膜后，光在膜層層上多次反射和透射，形成多光束干涉，控制膜層的折射率和厚度，可以得到不同的強度分布，這是干涉鍍膜的基本原理。
光學薄膜分類：
增透膜：硅、鍺、硫化鋅、硒化鋅等基底較多，氟化物較為少見。
單波長、雙波長、寬帶
反射膜：分介質與金屬反射膜，金屬反射膜一般為鍍金加保護層。
半反射、單波長、雙波長、寬帶
硬碳膜 :也叫DLC膜，一般鍍在硅、鍺、硫系玻璃外表面，做保護/增透作用， 產品另一側一般要求鍍增透膜。
分光膜 :有些要求特定入射角情況下，可見光波段反射，紅外波段透過，多用于光譜分析中。
45度分光片、雙色分束、偏振分束片&棱鏡
濾光膜：寬帶、窄帶
激光晶體膜：YAG/YV04/KTP/LBO/BBO/LIND03
紫外膜-增透：193/248/266/308/340/355,鋁反射180-400nm
紅外膜：CO210.6UM/YAG2940NM/SI&GE&ZNSE&ZNS
鍍膜工序和設備
清洗設備：
超聲波清洗機：指清洗和烘干一體化的，可直接裝盤鍍膜。同時這個機器必須在潔凈空間使用；
光學鏡片的超聲波清洗技術
在光學冷加工中，鏡片的清洗主要是指鏡片拋光后殘余拋光液、黏結劑、保護性材料的清洗；鏡片磨邊后磨邊油、玻璃粉的清洗；鏡片鍍膜前手指印、口水以及各種附著物的清洗。
傳統的清洗方法是利用擦拭材料（紗布、無塵紙）配合化學試劑（汽油、乙醇、丙酮、乙醚）采取浸泡、擦拭等手段進行手工清擦。
這種方法費時費力，清潔度差，顯然不適應現代規?；墓鈱W冷加工行業。這迫使人們尋找一種機械化的清洗手段來代替。于是超聲波清洗技術逐步進入光學冷加工行業并大顯身手，進一步推動了光學冷加工業的發展。
超聲波清洗技術的基本原理，大致可以認為是利用超聲場產生的巨大作用力，在洗滌介質的配合下，促使物質發生一系列物理、化學變化以達到清洗目的的方法。
當高于音波（28～40khz）的高頻振動傳給清洗介質后，液體介質在高頻振動下產生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互間的碰撞、合并、消亡的過程中，可使液體局部瞬間產生幾千大氣壓的壓強，如此大的壓強使得周圍的物質發生一系列物理、化學變化。
工藝流程：
等離子增強化學氣相沉積 (PECVD)：
是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學活性很強，很容易發生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。因為利用了等離子的活性來促進化學反應，PECVD可以在較低的溫度下實現
等離子輔助氣相沉積
目前DLC膜常用制備方法。采用射頻技術（RF-PACVD）將通入的氣體（丁烷、氬氣）離化，在極板自偏壓（負）的吸引下，帶正電的粒子向基板撞擊，沉積在基板表面。
