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研究生:張雅軫
研究生(外文):Ya-Chen Chang
論文名稱:含銀類鑽碳薄膜之特性研究
論文名稱(外文):A Study on the Characterization of Silver-containing DLC Film
指導教授:邱錫榮歐耿良
指導教授(外文):Shi-Yung ChiouKeng-Liang Ou
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:含銀類鑽碳膜濺鍍抗菌性試驗
外文關鍵詞:Ag-DLCsputteringanti-bacterium tests
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類鑽碳薄膜同時兼備鑽石與石墨的特性,具有許多優異的特性,如:高硬度、低摩擦係數、化學穩定性佳、熱傳導佳與光學穿透性佳、生物相容性高且絕緣性質高…諸如等,然而,類鑽碳薄膜成長時需要高能量的碳離子撞擊,因而造成很大的殘留內應力,容易產生附著性的不良,因此可添加金屬元素,而在現今的抗菌鍍膜中,擁有抗菌性的金屬包括銀、銅、鋅等,因此可摻入具有抗菌性質的金屬,形成金屬類鑽碳薄膜,致使薄膜內應力降低,改善附著性問題,並兼具有抗菌性質。
本研究藉由射頻磁控濺鍍法於玻璃基材上沉積含銀類鑽碳薄膜,藉著摻入銀金屬粒子於類鑽碳薄膜內,以降低膜內之殘留應力,增加其附著性,同時利用銀有抗菌、抑菌的功效,而作為生醫用薄膜。在實驗製程參數中,主要以控制濺鍍功率以沉積含銀類鑽碳薄膜,可得到1~2μm厚之含銀類鑽碳薄膜,藉此討論沉積含銀類鑽碳薄膜中銀原子百分比和碳鍵結型態對薄膜特性與抗菌率之關係。經由掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)、X光繞射儀(X-ray Diffraction, XRD)、拉曼光譜儀(Raman Spectroscopy)、穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM)觀察其相結構(Phases)及薄膜生長型態(Film Morphology),另外也藉由薄膜電阻率、硬度及表面粗糙度作為基本性質分析,最後將含銀類鑽碳薄膜進行大腸桿菌做抗菌性試驗,探討含銀類鑽碳膜對抗菌率之影響。
實驗結果顯示,濺鍍含銀類鑽碳薄膜時,隨著濺鍍功率的提升,薄膜厚度隨之增加呈線性成長,在薄膜表面團簇尺寸亦隨之增大。經由穿透式電子顯微鏡可發現,銀原子以有序結構添入類鑽碳薄膜裡,在濺鍍功率100 W時,由斷面可觀察到奈米顆粒堆積的很致密。當濺鍍功率增加,薄膜中銀原子百分比和ID/IG比值亦增加,薄膜表面粗糙度增加,薄膜硬度值和電阻率有下降趨勢。生物特性上,接觸角隨功率增加而提升,含銀類鑽碳薄膜針對大腸桿菌作抗菌試驗可得知,隨著薄膜中銀原子百分比的增加,抗菌率亦增加,當銀原子百分比71.46 %時,可得抗菌率98 %,表示具有良好的抗菌表現。
The silver-containing DLC films are deposited on glass using magnetron reactive sputtering. The watt of input energy is applied as main process variable to obtain 1~2 μm thick films. The basic properties such as hardness, electric resistivity and surface roughness are evaluated by hardness tester, 4-probe resistivity tester and atomic force microscope (AFM), respectively. The X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), Raman spectroscope and transmission electron microscope (TEM) are used to examine the microstructures and bonding characteristic and growth morphologies of DLC films. The anti-bacterium test and contact angle test are undertaken to analyze the anti-bacterium capabilities of silver-containing DLC films.
The results indicate that the thickness and agglomerative and silver content and ID/IG of the films and surface roughness increase with input watt, while hardness and electric resistivity decrease with input watt. The anti-bacterium tests show that the anti-bacterium ability increases with silver content in DLC and the anti-bacterium rate of 98% is obtained with 71.46% of silver content in DLC. In addition, the contact angles also increase with silver contents in DLC, which may assist in capability of anti-bacterium.
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 類鑽碳薄膜技術與應用 2
1.3 研究目的 3
第二章 基礎理論與文獻回顧 6
2.1 類鑽碳薄膜的定義 6
2.2 類鑽碳膜之種類 6
2.3 類鑽碳膜之成長機構 7
2.4 類鑽碳薄膜之生成技術 8
2.5 電漿原理 9
2.6 平均自由徑 (Mean Free Path,λp ) 10
2.7 物理氣相沉積法 10
2.8 薄膜沉積原理 11
2.8.1 薄膜成長過程 11
2.8.2 薄膜之成長模式 12
2.8.3 薄膜之結構模型 13
2.9 射頻磁控濺鍍原理 14
2.10 接觸角與表面能 15
2.11 抗菌 15
2.12 金屬離子的抗菌原理 16
第三章 實驗方法與步驟 25
3.1 實驗流程 25
3.2 實驗步驟 25
3.2.1 鍍膜設備 25
3.2.2 鍍膜材料 26
3.2.3 試片鍍膜前處理 27
3.2.4 靶材處理 27
3.2.5 薄膜濺鍍流程 27
3.2.6 參數設定 28
3.3 薄膜分析設備 28
3.3.1 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 28
3.3.2 X光繞射分析(X-ray Diffraction, XRD) 29
3.3.3 拉曼光譜儀(Raman Spectroscopy) 29
3.3.4 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM) 30
3.3.5 電阻率量測 (Four-point probe) 30
3.3.6 奈米壓痕器分析 (Nano-indentor) 30
3.3.7 原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope, AFM) 30
3.3.8 接觸角分析 32
3.3.9 抗菌性分析 32
第四章 結果與討論 40
4.1 微結構分析 40
4.1.1 掃描式電子顯微鏡分析 40
4.1.2 X光繞射分析 41
4.1.3 拉曼光譜儀之分析 41
4.1.4 穿透式電子顯微鏡觀察 42
4.2 基本性質分析 43
4.2.1 薄膜電阻率分析 43
4.2.2 薄膜硬度分析 44
4.2.3 原子力顯微鏡觀察 45
4.3 生物性測試 45
4.3.1 水滴角測試 45
4.3.2 含銀類鑽碳薄膜之抗菌性 46
第五章 結論 79
參考文獻 80
作者簡歷 85
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