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为拓展GLC型非晶碳膜的应用领域,澄清其亲/疏水特性的主要影响因素及变化规律,本文试图通过改变基片偏压和石墨(C)靶电流等溅射参数,以及引入一定含量Al、Si、Mo、W掺杂组元,借助XPS、SEM、AFM对沉积态薄膜成分/结构/形貌特征的实验表征,在实现对薄膜sp2键合比例、表面形貌/粗糙度及表面能的有效调控基础上,借助接触角测量仪对薄膜湿润角的实验测量结果,澄清溅射参数及掺杂对直流溅射非晶碳膜粗糙度及疏水性的影响规律,并结合薄膜微观特征及表面能变化对其亲疏水特征变化规律进行机制分析,在实验规律基础上,对基于直流溅射及掺杂技术制备GLC薄膜的疏水性可调控程度进行评定,为进一步深入研究提供必要的实验依据。研究结果表明:(1)GLC非晶碳膜可通过调控其sp2键合比例、表面粗糙度及表面能实现亲疏水特征的显著变化。其中,Cr-GLC薄膜在不同溅射参数下,其水接触角变化范围为80.9～110.2°,润湿特征介于亲水和疏水之间,在特定参数下可表现出疏水特征。与C靶电流相比,基片偏压对其疏水性的影响更为显著,在固定C靶电流为2.5 A条件下,随基片偏压由-30 V增至-90 V,薄膜水接触角相应由80.9°增大到107.6°,相应的薄膜sp2键合比例也由0.47增至0.59,表面粗糙度由4 nm增大至12 nm,其内在机制是随基片偏压的升高,薄膜sp2键合比例及粗糙度的同步提高所致;而当固定基片偏压为-65 V时,随C靶电流由1.0 A提高至2.5 A,薄膜sp2键合比例及粗糙度均有一定程度降低,相应导致其水接触角由110.2°降到102.3°,但均维持疏水特征。此外,实验测试结果还表明,Cr-GLC薄膜的表面能受溅射参数的影响程度轻微,与其亲疏水特征相关性较弱。(2)掺杂组元对Cr-GLC薄膜疏水性的影响程度差异明显,其中:掺杂Al、Si时,Al/Cr-GLC和Si/Cr-GLC薄膜均表现疏水特征,而掺杂Mo、W所获Mo/Cr-GLC、W/Cr-GLC薄膜均显示亲水特征。在Al、Si、Mo、W四种掺杂组元中,A1对改善Cr-GLC薄膜疏水性的作用效果最显著,薄膜疏水性随Al含量增加呈不断提高趋势,A1含量为2.4 at%时,Al/Cr-GLC薄膜实现了本文研究范围内的最佳疏水性水平,实测水接触角为116.8°。结合掺杂后薄膜成分/结构、表面形貌/粗糙度及表面能的变化,可推测Al掺杂后薄膜表面形成的A1-O键可降低薄膜表面能的极性分量,且随Al掺杂比例的提高,薄膜sp2键合比例也逐步提高是导致上述规律的主要原因。与Al相比,对Cr-GLC薄膜引入少量Si掺杂后,薄膜疏水性变化不大,水接触角在96-102.8。之间变化;而引入Mo、W掺杂后,薄膜表面能极性分量显著增大,且其sp2键合比例和表面粗糙度也有一定程度降低,因而通过三个可能的作用机制均造成薄膜疏水性减弱并表现出亲水特征。