无氢类金刚石薄膜表面H2O和O2分子共同作用的第一性原理计算

摘要

无氢类金刚石碳基薄膜(Diamond-like carbon,DLC)在潮湿大气环境中具有较低的摩擦系数,这主要是由于环境中的H2O和O2两种活性分子钝化了无氢DLC薄膜表面的悬键,但迄今两种活性分子对无氢DLC薄膜低摩擦行为的协同影响机制仍不清楚.本文中通过第一性原理计算方法研究了H2O和O2分子共存时在金刚石表面的钝化状态,并推测了无氢DLC薄膜实现低摩擦的可能途径.结果表明:H2O和O2两种活性分子在金刚石表面分解形成OH、H及O基团,其中O原子和H原子的相互吸引能够促使其形成OH基团.当H2O分子和O2分子按比例2:1共存时,金刚石表面全部由OH基团钝化,而非2:1比例时,金刚石表面会形成C-OH、C-H和C-O共存的复杂情况.