13 / 2021-03-10 21:23:11

反应磁控溅射CrCu靶制备导电耐蚀双纳米结构碳薄膜

磁控溅射，双纳米结构，碳薄膜,导电，耐蚀

双极板，作为最具有潜力的清洁高效新型能量转换装置质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件之一，要求具备优异的导电性、耐蚀性以及力学性能。目前相关研究主要集中在石墨、金属和聚合物复合材料。其中，传统石墨双极板因质地较脆且成本较高，不利于商业化生产。聚合物复合材料双极板虽然成本低，但导电性 较差。金属双极板对比前两者具有较好导电性、成本低、易加工等优点，但纯金属双极板在酸性环境下表面易钝化影响其性能。碳涂层金属双极板被认为是传统石墨双极板的潜在替代品。然而，代替热解石墨，通过使用烃作为碳源生长的碳膜具有更高的沉积速率但是更低的电导率。为了解决上述问题，本文提出了一种在不加热的情况下通过反应磁控溅射靶材在甲烷和氩气中原位催化分解甲烷的新策略。实现了沉积速率（〜24.1 nm / min）约为其他报道的四倍（≤6.2 nm / min）。进一步研究了不同甲烷流量(20\40\60\80\100 mL/min)对薄膜界面接触电阻的影响，甲烷流量在60 mL/min时具有最低接触电阻(9.98 mΩ•cm²)和最佳的力学性能，在该甲烷流量下进一步优化工艺，对比不同靶材溅射电流(0.2\0.35\0.5\0.65\0.8 A)对薄膜的影响，发现在0.65 A下具有更低的界面接触电阻，为7.34 mΩ•cm²。在高温腐蚀环境下(1 M H₂SO₄ + 5ppm HF，70 °C)依然具有较好稳定性。该工作为双极板应用中快速沉积碳膜开辟了一条新途径。