vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-3-280-289vestift-387Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYСтруктура и оптические свойства покрытий алмазоподобного углеродаStructure and optical properties of diamond-like carbon coatingsЧеканН. М.ChekanN. M.

Чекан Николай Михайлович – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией наноматериалов и ионно-плазменных процессов.

Ул. Купревича, 10, 220141, Минск

Nikolai M. Chekan – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory of Nanomaterials and Ion-Plasma Processes.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk

pec@bas-net.byАкулаИ. П.AkulaI. P.

Акула Игорь Петрович – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Ул. Купревича, 10, 220141, Минск 

Ph. D. (Engeneering), Leading Re searcher.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk 

shark@bas-net.byШпакЕ. П.ShpakE. P.

Шпак Екатерина Петровна – научный сотрудник.

Ул. Купревича, 10, 220141, Минск

Ekaterina P. Shpak – Researcher.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk 

ket27051973@gmail.comНавицкийА. Н.NavitskiiA. N.

Навицкий Артем Николаевич – магистрант, стажер младшего научного сотрудника.

Ул. Купревича, 10, 220141, Минск

Artem N. Navitskii – Graduate Student, Trainee Junior Researcher.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk

artem.nav95@gmail.comНациональная академия наук Беларуси, Физико-технический институтPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus201801112018633280289Copyright © Чекан Н.М., Акула И.П., Шпак Е.П., Навицкий А.Н., 20182018Чекан Н.М., Акула И.П., Шпак Е.П., Навицкий А.Н.Chekan N.M., Akula I.P., Shpak E.P., Navitskii A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/387

С использованием гибридного метода катодно­дугового (PVD) и химического (CVD) осаждения из газовой фазы разработан новый тип покрытий с большим содержанием sp2­химически связанных атомов углерода, способных эффективно поглощать видимое оптическое излучение.

Аморфный тонкопленочный углеродный материал является перспективным для нанесения поглощающих антибликовых покрытий на корпусные детали фотоприемников оптического излучения, работающих в открытом космосе. Гибридный метод позволяет получать сильнопоглощающие покрытия, обладающие также высокими механическими и трибологическими свойствами и способные выдерживать термоциклирование от + 150 до – 100 °С.

Проведено исследование оптических характеристик АПУ покрытий в зависимости от содержания sp2­связанных атомов углерода. Полученный комбинированным способом физического и химического осаждения АПУ в виде тонких слоев позволяет достичь достаточно высокого поглощения и низкого отражения при сравнительно малой толщине покрытия (a ~ 105 см–1). Установлено, что антибликовые свойства таких покрытий зависят от условий его получения, и прежде всего – от давления газа углеводородов.

Using a hybrid method of cathodic arc (PVD) and chemical (CVD) deposition from the gas phase, a new type of coatings containing high amount of sp3 bonds of carbon, capable of absorbing effectively light has been developed.

This thin film material is a promised one for optical devices operating in open space environment as antireflective coating  for photoreceiver bodies. The hybrid method permits to obtain effective light absorbing coatings having excellent mechanical and tribological properties and is able to sustain temperature cycling in a range from plus 150 to minus 100 oC.  The optical characteristics of DLC coatings were studied depending on the content of sp2bound content. The combined physical and chemical deposition of DLC coatings allows to achieve a sufficiently high light absorption (a~10 5 cm–1) and low reflection with a relatively small coating thickness about 1 mm. It has been established that the antireflective properties of such coatings depend on the conditions for their preparation, first of all on hydrocarbon gas pressure

 

алмазоподобный углеродпоказатель преломлениякоэффициент поглощенияпоглощающие покрытияStructure and optical properties of diamond­like carbon coatingsReferencesDLC solid lubricant coatings on ball bearings for space applications / A. Vanhulsel [et al.] // Tribology International. – 2007. – Vol. 40, іss. 7. – P. 1186–1194. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2006.12.005Vanhulsel A., Velasco F., Jacobs R., Eersels L., Havermans D., Roberts E. W., Sherrington I., Anderson M. J., Gaillard L. DLC solid lubricant coatings on ball bearings for space applications. Tribology International, 2007, vol. 40, iss. 7, pp. 1186−1194. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2006.12.005Space environmental effects on MoS2 and diamond-like carbon lubricating films: Atomic oxygen-induced erosion and its effect on tribological propertie / M. Tagawa [et al.] // Surf. and Coat. Technol. – 2007. – Vol. 202, іss. 4–7. – P. 1003–1010. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.07.069Tagawa M., Yokota K., Matsumoto K., Suzuki M., Teraoka Y., Kitamura A., Belin M., Fontaine J., Martin J.-M. Space environmental effects on MoS2 and diamond-like carbon lubricating films: Atomic oxygen-induced erosion and its effect on tribological properties. Surface and Coatings Technology, 2007, vol. 202, iss. 4–7, pp. 1003−1010. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.07.069Thongrattanasiri, Sukosin. Total light absorption in graphene / Sukosin Thongrattanasiri, Frank H. L. Koppens, F. Javier García de Abajo // Phys. Rev. Lett. – 2012. – Vol. 108, іss. 4. – 047401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.047401Thongrattanasiri Sukosin, Koppens Frank H. L., de Abajo F. Javier García. Total light absorption in graphene. Physical Review Letters, 2012, vol. 108, iss. 4, 047401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.047401Chekan, N. Chapter I. Advanced Pulsed Arc Technique of Fabrication of DLC Films and their Technical and Medical Applications / N. Chekan // Diamond-like Carbon Films / ed. by Yuto S. Tanaka. – Nova Science Pub Inc., 2011. – P. 1–38.Chekan N. Chapter I. Advanced Pulsed Arc Technique of Fabrication of DLC Films and their Technical and Medical Applications. Tanaka Yuto S. (ed.). Diamond-like Carbon Films. Nova Science Pub Inc., 2011, рp. 1–38.Ferrari, A. C. Raman spectroscopy in carbons: from nanotubes to diamond / A. C. Ferrari, J. Robertson // Phil. Trans. Roy. Soc. A. Mathematical, physical and engineering sciences. − 2004. − Vol. 362. − P. 2267–2565. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1453Ferrari A. C., Robertson J. Raman spectroscopy in carbons: from nanotubes to diamond. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, physical and engineering sciences, 2004, vol. 362, pp. 2267−2565. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1453Handbook of Auger Electron Spectroscopy / L. E. Davis [et al.]. − Eden Prairie: Physical Electronics Division of Perkin-Elmer Corporation, 1978. – 249 p.Davis L. E., MacDonald N., Palmberg P. W., Riach G. E., Weber R. E. Handbook of Auger Electron Spectroscopy. Eden Prairie, Physical Electronics Division of Perkin-Elmer Corporation, 1978. 249 p.Determination of sp³ fraction in ta-C coating using XPS and Raman spectroscopy / V. Zavaleyev [et al.] // Вопросы атомной науки и техники. − 2016. − № 4. − С. 84−92.Zavaleyev V., Walkowicz J., Sawczak, M., Klein M., Moszyński D., Chodun R., Zdunek K. Determination of sp³ fraction in ta-C coating using XPS and Raman spectroscopy. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki [Problems of Atomic Science and Technology], 2016, no. 4, pp. 84−92.Davis, C. A. Cross-sectional structure of tetrahedral amorphous carbon thin films / C. A. Davis, K. M. Knowles, G. A. J. Amaratunga // Surface and Coatings Technology. − 1995. − Vol. 76−77. − P. 316−321. https://doi.org/10.1016/02578972(95)02553-7Davis C. A., Knowles K. M., Amaratunga G. A. J. Cross-sectional structure of tetrahedral amorphous carbon thin films. Surface and Coatings Technology, 1995, vol. 76−77, pp. 316−321. https://doi.org/10.1016/0257-8972(95)02553-7SPM investigation of diamond-like carbon and carbon nitride films / D. Liu [et al.] // Surf. and Coat. Technol. − 2003. – Vol. 172. − P. 194−203. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(03)00338-4Liu D., Benstetter G., Lodermeier E., Akula I., Dudarchyk I., Liu Y., Ma T. SPM investigation of diamond-like carbon and carbon nitride films. Surface and Coatings Technology, 2003, vol. 172, pp. 194−203. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(03)00338-4Ferrari, A. C. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond–like carbon, and nanodiamond / A. C. Ferrari, J. Robertson // Phil. Trans. Roy. Soc. A. Mathematical, physical and engineering sciences. − 2004. − Vol. 362. − P. 2477−2512. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1452Ferrari A. C., Robertson J. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond–like carbon, and nanodiamond. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, physical and engineering sciences, 2004, vol. 362, pp. 2477−2512. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1452Ferrari, A. C. Determination of bonding in diamond-like carbon by Raman spectroscopy / A. C. Ferrari // Diamond and Related Materials. − 2002. − Vol. 11, № 3–6. − P. 1053−1061. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(01)00730-0Ferrari A. C. Determination of bonding in diamond-like carbon by Raman spectroscopy. Diamond and Related Materials, 2002, vol. 11, no. 3–6, pp. 1053−1061. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(01)00730-0Коншина, Е. А. Аморфный гидрогенизированный углерод и применение его в оптических устройствах / Е. А. Коншина. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010. – 93 с.Konshina E. A. Amorphous hydrogenated carbon and its application in optical devices. Saint Petersburg, ITMO University, 2010. 93 р. (in Russian).Коншина, Е. А. Особенности колебательных спектров алмазоподобных и полимероподобных пленок а-С:Н / Е. А. Коншина, А. И. Вангонен // Физика и техника полупроводников. – 2005. – Т. 39, вып. 5. – С. 616−621.Konshina E. A., Vangonen A. I. Features of the vibrational spectra of diamond-like and polymer-like films a-C:H. Se miconductors, 2005, vol. 39, no. 5, pp. 585−590. https://doi.org/10.1134/1.1923569Ландсберг, Г. С. Оптика: учеб. пособие для вузов / Г. С. Ландсберг. – 6-е изд. – М.: Физматлит, 2003. – 848 с.Landsberg G. S. Optics: textbook for high schools. Moskow, Fizmatlit Publ., 2003. 848 р. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.