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无定形碳(amorphouscarbon，a-C，有时又称富金刚石薄膜，Diamond-likeCarbon，DLC)是另一类重要的碳基功能材料。通常认为，它是碳的一种无定形结构，由任意排列的不同杂化态的碳原子混合而成，短程有序的三维材料。a-C薄膜中即含有碳的多晶又含有无序相的碳，而a-C薄膜的性质决定于碳原子相互间的结合状态。a-C薄膜主要含有sp3和sp2两种结合状态的碳原子，这两种组分的相对含量对薄膜的性能具有重要的影响。sp2碳使薄膜具有石墨的性质，而sp3碳又使得薄膜具有金刚石的特性。a-C薄膜具有高硬度、低摩擦系数、光学性能好、化学惰性、红外透明、高电阻率以及生物相容性等特性，因此它是一种良好的保护膜。在作为机械工具保护膜、计算机磁介质保护层、医学、光学等方面都有重要用途。因此研究碳纳米团簇薄膜的组分和结构具有特别重要的意义。
本文以石墨为靶材，在我们自行设计并建立的一套“超高真空多功能团簇束流系统(UHV-CBS)”上制备了碳纳米团簇薄膜。由低能团簇束流沉积可以获得均匀致密的a-C纳米结构薄膜，薄膜是由均匀尺寸的孤立团簇稠密堆积而成，团簇单元的直径为几十到一百纳米的量级。
对制得的样品采用多种分析手段对其特性进行了深入的研究。我们在特定的制备条件下，获得了极高sp3碳比例的碳纳米结构薄膜，其中的sp2杂化的成分可以忽略。通过选区电子衍射、约化密度函数RDF和拉曼光谱的分析，发现在这种碳团簇纳米薄膜中，大量地出现立方型金刚石微晶的结构。这种纳米晶金刚石结构薄膜在通过物理气相沉积制备的a-C膜中还未见文献报道，而在力学、光学和电子器件方面有重要的应用价值。
通过碳团簇生长过程的控制，获得了可控sp3/sp2成分比的碳团簇组装薄膜，实现了Urbach吸收边宽度，光学带隙的系统演变。并阐述了碳纳米团簇薄膜中sp3杂化的碳的含量、薄膜的无序度、光学带隙Eg、Urbach特征能量E0、Raman光谱中ID/IG的值等特征参量的对应关系。这些结构参数对于a-C薄膜的性质是至关重要的，我们从这些参数上推断了薄膜的微观结构信息。