کربن شبه‌الماس

**کربن شبه‌الماس (DLC)** دسته ای از مواد کربن بی‌شکل است که برخی از خواص معمول الماس را از خود نشان می‌دهد. DLC معمولاً به صورت پوشش بر روی مواد دیگری اعمال می‌شود که می‌توانند از چنین خواصی بهره ببرند.
[بندانگشتی|گنبد پوشش‌دهی شده برای اهداف نوری و [سوده‌شناسی|تریبولوژیکی.]]
[بندانگشتی|یک لایهٔ نازک ta-C بر بستر [سیلیکون|سیلیکونی (به قطر ۱۵ میلی‌متر)، که نواحی با ضخامت‌های ۴۰ نانومتر و ۸۰ نانومتر را نشان می‌دهد.]]
DLC در هفت شکل مختلف وجود دارد. تمام این هفت شکل حاوی مقادیر قابل توجهی از اتم‌های کربن یا هیبریداسیون sp3 هستند. دلیل وجود انواع مختلف این است که حتی الماس را می‌توان در دو چندریخت بلوری یافت. نوع رایج‌تر، از یک شبکه مکعبی استفاده می‌کند در حالی که نوع کمتر رایج، یعنی لونسدالیت، دارای یک شبکه شش ضلعی است. با ترکیب این چندریخت‌ها در مقیاس نانو، می‌توان پوشش‌های DLC ایجاد کرد که در عین بی‌شکل و انعطاف‌پذیر بودن، الماس هایی با پیوند های کاملاً sp3 هستند. سخت‌ترین، قوی‌ترین و لغزنده‌ترین شکل، کربن بی‌شکل چهاروجهی یا ta-C است. ta-C را می‌توان شکل خالص DLC در نظر گرفت؛ زیرا تقریباً به‌طور کامل از اتم‌های کربن با پیوند sp3 تشکیل شده است. مواد دیگری از جمله هیدروژن و کربن sp2 با ساختار گرافیت، معمولاً به دلیل فرایند تولید خاص در ۶ شکل دیگر وجود دارند. همچنین می‌توان انواع مختلف این ماده را با عناصری مانند سیلیسیم آلایش داد تا خواص مطلوب دیگری به آن‌ها بخشید.

اشکال مختلف DLC را می‌توان تقریباً بر روی هر ماده‌ای که با محیط خلأ سازگار باشد اعمال کرد.

## تاریخچه
S. Aisenberg و R. Chabot به‌طور گسترده‌ای به عنوان پیشگامان عرصهٔ پژوهش‌های کربن شبه الماس (DLC) شناخته می‌شوند. آن‌ها در یک مقالهٔ بنیادین در سال ۱۹۷۱ که در مجلهٔ فیزیک کاربردی منتشر شد، یک تکنیک نوین لایه‌نشانی با پرتو یونی را شرح دادند که برای ایجاد فیلم‌های کربن بی‌شکل با خواصی بسیار شبیه به الماس طبیعی به کار می‌رفت.

در سال ۲۰۰۶ بازار پوشش‌های DLC برون‌سپاری‌شده در اتحادیه اروپا حدود ۳۰‍٬۰۰۰٬۰۰۰ یورو تخمین زده شد.

در سال ۲۰۲۱، پژوهشگران دانشگاه استنفورد یک الماس بی‌شکل فوق سخت را تحت شرایط فشار بسیار بالا معرفی کردند. این الماس فاقد ساختار بلوری الماس است، اما ویژگی سبک‌وزن بودن کربن را داراست.
بندانگشتی|قطعه‌ای از شیر آلیاژ کبالت مربوط به چاه نفت در حال بهره‌برداری (با قطر ۳۰ میلی‌متر)، که سمت راست آن با ta-C پوشش‌دهی شده است تا افزایش مقاومت در برابر تخریب شیمیایی و سایش در محیط عملیاتی آزموده شود.

در سال ۲۰۲۱، پژوهشگران چینی AM-III را معرفی کردند که شکلی فوق سخت و مبتنی بر فولرن از کربن بی‌شکل است. این ماده همچنین یک‌نیمه‌رسانا با محدوده شکاف انرژی ۱٫۵ تا ۲٫۰ الکترون‌ولت (eV) است. این ماده در آزمون سختی ویکرز، سختی ۱۱۳ گیگاپاسکال (GPa) را از خود نشان داد، در حالی که سختی الماس در حدود ۷۰ تا ۱۰۰ گیگاپاسکال است. سختی این ماده به اندازه‌ای بود که می‌توانست سطح الماس را خراش دهد.

## تمایز با الماس طبیعی و مصنوعی
الماس طبیعی تقریباً همیشه به شکل بلوری و با جهت‌گیری صرفاً مکعبی از اتم‌های کربن با پیوند sp3 یافت می‌شود. گاهی اوقات ممکن است نقص‌های شبکه‌ای یا درون‌گیرهایی از اتم‌های عناصر دیگر وجود داشته باشد که به سنگ رنگ می‌دهند، اما آرایش شبکه‌ای کربن‌ها مکعبی باقی می‌مانند و پیوندها کاملاً sp3 هستند. انرژی درونی چندریخت مکعبی اندکی پایین‌تر از شکل شش‌گوش است و نرخ رشد مواد از حالت مذاب، در هر دو روش تولید الماس طبیعی و تولید الماس مصنوعی به صورت توده‌ای، به‌قدری آهسته است که ساختار شبکه زمان کافی دارد تا در شکل کمترین انرژی (مکعبی) که برای پیوند sp3 اتم‌های کربن امکان‌پذیر است، رشد کند. در مقابل، DLC معمولاً با فرآیندهایی تولید می‌شود که در آن‌ها کربن‌های پیش‌ساز پر انرژی (مانند مواردی که در پلاسما، لایه‌نشانی قوس کاتدی فیلترشده، لایه‌نشانی اسپاتر و لایه‌نشانی پرتو یونی تولید می‌شوند) به سرعت سرد شده یا بر روی سطوح نسبتاً سرد کوئنچ (خاموش) می‌شوند. در این شرایط، شبکه‌های مکعبی و شش‌گوش می‌توانند به‌صورت تصادفی، لایه به لایه، با هم ترکیب شوند، زیرا زمانی برای رشد یکی از ساختارهای بلوری به قیمت دیگری وجود ندارد و اتم‌ها پیش از آنکه ساختار کامل شود، در جای خود در ماده «منجمد» می‌شوند. پوشش‌های DLC بی‌شکل، موادی را نتیجه می‌دهند که فاقد نظم بلوری بلندبُرد هستند. بدون نظم بلندبرد، صفحات شکست شکننده وجود ندارند؛ بنابراین این پوشش‌ها انعطاف‌پذیر بوده و با شکل سطح زیرین خود انطباق‌پذیر هستند، در حالی که همچنان به سختی الماس باقی می‌مانند. در واقع، از این خاصیت برای مطالعهٔ سایش اتم به اتم در مقیاس نانو در DLC بهره‌برداری شده است.

## تولید
[بندانگشتی|تصویر [میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از یک کپیِ پوشش‌دهی شده با طلا از پوشش «شبه الماسی» ta-C. عناصر ساختاری، دانه‌های بلورین نیستند، بلکه ندول‌هایی از اتم‌های کربن با پیوند sp3 هستند. این گِرِین‌ها (دانه‌ها) آنقدر کوچک هستند که سطح از نظر بصری (با چشم) کاملاً صاف و آینه‌ای به‌نظر می‌رسد.]]
روش‌های متعددی برای تولید DLC وجود دارد که متکی بر چگالی کمتر کربن sp2 نسبت به کربن sp3 هستند؛ بنابراین، اعمال فشار، ضربه، کاتالیز یا ترکیبی از این عوامل در مقیاس اتمی، می‌تواند اتم‌های کربن با پیوند sp2 را وادار کند تا به یکدیگر نزدیک‌تر شده و پیوندهای sp3 را تشکیل دهند. این فرایند باید با شدت کافی انجام شود تا اتم‌ها نتوانند به سادگی از هم جدا شده و به فاصله‌های معمول پیوندهای sp2 بازگردند. در اغلب این روش‌ها، این نوع فشردگی با فشار دادن خوشهٔ جدیدِ کربن با پیوند sp3 به عمق بیشترِ لایه ترکیب می‌شود به گونه‌ای که فضایی برای بازگشت به فاصله‌های لازم برای پیوند sp2 باقی نماند؛ یا این‌که خوشهٔ جدید توسط ورود کربن تازه که برای چرخهٔ بعدی ضربه‌ها وارد می‌شوند، مدفون می‌گردد. منطقی است که تصور کنیم که این فرایند مانند «تگرگ پرتابه‌ها» است که نسخه‌های موضعی، سریع و نانومقیاس از ترکیب کلاسیک حرارت و فشار تولید می‌کنند که در تولید الماس طبیعی و مصنوعی دیده می‌شود. چون این برخوردها به‌طور مستقل در نقاط متعددی از سطح لایه یا پوشش در حال رشد رخ می‌دهند، تمایل دارند ساختاری شبیه خیابان سنگفرش ایجاد کنند که سنگ‌ریزه‌ها همان ندول‌ها یا خوشه‌های کربن sp3 باشند. بسته به «دستور تولید» مورد استفاده، ممکن است چرخه‌هایی از لایه‌نشانی کربن و ضربه‌ها وجود داشته باشد یا کربن تازه به صورت پیوسته وارد شود و پرتابه‌ها ضربه لازم برای تشکیل پیوندهای sp3 را اعمال کنند. در نتیجه، ta-C ممکن است ساختاری شبیه خیابان سنگفرش داشته باشد، یا ندول‌ها ممکن است «با هم ادغام شوند» و ساختاری شبیه اسفنج ایجاد کنند، یا سنگ‌ریزه‌ها ممکن است آن‌قدر کوچک باشند که تقریباً در تصویربرداری دیده نشوند. یک ریخت‌شناسی کلاسیک و متوسط برای فیلم ta-C در شکل نشان داده شده است.

## خواص
همان‌طور که از نام کربن شبه‌الماس (DLC) پیداست، ارزش این پوشش‌ها از توانایی آن‌ها در بخشیدن برخی از خواص الماس به سطوح تقریباً هر ماده‌ای ناشی می‌شود. ویژگی‌های مطلوب اولیه عبارت‌اند از: سختی، مقاومت در برابر سایش، و لغزندگی (ضریب اصطکاک فیلم DLC در برابر فولاد صیقلی بین ۰٫۰۵ تا ۰٫۲۰ است). خواص DLC به شدت به پارامترهای لایه‌نشانی فرآیندهای پلاسمایی، مانند تأثیر ولتاژ بایاس، ضخامت پوشش DLC, و ضخامت لایهٔ میانی بستگی دارد. علاوه بر این، عملیات حرارتی نیز خواص پوشش مانند سختی، چقرمگی و نرخ سایش را تغییر می‌دهد.

با این‌حال، اینکه چه خواصی و تا چه حدی به یک سطح اضافه می‌شوند، بستگی به این دارد که کدام یک از ۷ شکل (DLC) اعمال شده و همچنین به مقدار و نوع رقیق‌کننده‌های اضافه شده برای کاهش هزینهٔ تولید وابسته است. در سال ۲۰۰۶، انجمن مهندسان آلمان (VDI)، که بزرگ‌ترین انجمن مهندسی در اروپای غربی است، گزارش معتبری با عنوان VDI2840 منتشر کرد تا تعدد موجود اصطلاحات و نام‌های تجاری گیج کننده را شفاف‌سازی کند. این گزارش طبقه‌بندی و نام‌گذاری منحصربه‌فردی را برای کربن شبه‌الماس (DLC) و فیلم‌های الماس ارائه می‌دهد. این گزارش موفق شد تمام اطلاعات لازم برای شناسایی و مقایسهٔ فیلم‌های DLC موجود در بازار را فراهم آورد. به نقل از این سند:این پیوندها [sp3] نه تنها می‌توانند در بلورها (یا به عبارتی در جامداتی با نظم بلندبُرد) رخ دهند، بلکه در جامدات بی‌شکل نیز که در آن‌ها اتم‌ها به‌طور تصادفی آرایش یافته‌اند، پدید می‌آیند. در حالت اخیر، پیوند تنها بین چند اتم مجزا وجود خواهد داشت و نه در یک نظم بلندبُرد که بر تعداد زیادی از اتم‌ها گسترده شود. نوع پیوند تأثیر قابل‌توجهی بر خواص مواد فیلم‌های کربنی بی‌شکل دارد. اگر نوع sp2 غالب باشد، فیلم نرم‌تر و اگر نوع sp3 غالب باشد، فیلم سخت‌تر خواهد بود.مشخص شد که محتوای کسری هیدروژن یک عامل ثانویه تعیین‌کننده کیفیت است. برخی از روش‌های تولید شامل استفاده از هیدروژن یا متان به عنوان کاتالیزور هستند و درصد قابل توجهی از هیدروژن می‌تواند در مواد DLC نهایی باقی بماند. وقتی به یاد آوریم که پلاستیک نرم، یعنی پلی‌اتیلن، از کربنی ساخته شده است که صرفاً با پیوندهای شبه‌الماسی sp3 پیوند خورده، اما شامل هیدروژن پیوند خورده شیمیایی نیز هست، تعجب‌آور نیست که متوجه شویم کسرهای هیدروژن باقی‌مانده در فیلم‌های DLC تقریباً به همان اندازهٔ باقی‌مانده‌های کربن با پیوند sp2 باعث تخریب آن‌ها می‌شوند. گزارش VDI2840 کارایی قرار دادن یک مادهٔ DLC خاص بر روی یک نقشهٔ ۲ بعدی را تأیید کرد، که در آن محور X کسر هیدروژن در ماده و محور Y کسر اتم‌های کربن با پیوند sp3 را توصیف می‌کرد. تأیید شد که بالاترین کیفیت خواص شبه‌الماسی با نزدیک بودن نقطهٔ رسم شده (با مختصات X,Y) یک مادهٔ خاص به گوشهٔ بالا سمت چپ نقشه در (۰٬۱) مرتبط است؛ یعنی ۰٪ هیدروژن و ۱۰۰٪ پیوند sp3. این ماده DLC خالص، ta-C است و سایر مواد تقریب‌هایی هستند که توسط رقیق‌کننده‌هایی مانند هیدروژن، کربن با پیوند sp2 و فلزات تخریب می‌شوند. خواص ارزشمند مواد ta-C یا مواد نزدیک به ta-C در ادامه بیان می‌شود.

### سختی
[بندانگشتی|تصویر [میکروسکوپ تونلی روبشی|میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی (STM) از سطوح واقع در لبهٔ یک لایه کربن شبه‌الماسی ta-C به ضخامت ۱ میکرومتر بر روی فولاد ضدزنگ ۳۰۴، پس از مدت زمان‌های مختلف غلتاندن در دو غاب (Slurry) ساینده (Abrasive) کاربید سیلیسیم (SiC) با مش ۲۴۰. ۱۰۰ دقیقهٔ اول، نشان‌دهندهٔ سایش و زدودن تدریجی یک لایه اضافی از کربن‌های نرم است که پس از آخرین چرخه ضربه‌ها (که پیوندها را به sp3 تبدیل کرده بود) لایه‌نشانی شده بودند. در بخش بدون پوشش نمونه، حدود ۵ میکرومتر از فولاد در طول غلتاندن‌های بعدی حذف شد، در حالی که پوشش به‌طور کامل از قسمتی از نمونه که تحت پوشش آن بود محافظت کرد.]]
در داخل «سنگ‌فرش‌ها»، ندول‌ها، کلاسترها یا «اسفنج‌ها» (یعنی حجم‌هایی که در آن‌ها پیوند محلی sp3 است)، زوایای پیوند ممکن است به دلیل درهم‌آمیزی شبکه‌های مکعبی و شش‌گوش، نسبت به آنچه در ساختارهای کاملاً مکعبی یا شش‌گوش یافت می‌شود، دچار اعوجاج (Distortion) شوند. نتیجهٔ این امر، ایحاد تنش داخلی (فشاری) است که می‌تواند به سختی اندازه‌گیری شده نمونهٔ DLC بیفزاید. سختی اغلب با روش‌های نانو-فرورفتگی (Nanoindentation) اندازه‌گیری می‌شود؛ در این روش، یک سوزن نوک‌تیز ساخته شده از الماس طبیعی به سطح نمونه فشار داده می‌شود. اگر نمونه آنقدر نازک باشد که تنها یک لایه از ندول‌ها داشته باشد، سوزن ممکن است از میان فضای بین سنگ‌فرش‌های سخت وارد لایهٔ DLC شود و بدون حس کردن سختی حجم‌های پیوند sp3، آن‌ها را از هم جدا کند. در این صورت، اندازه‌گیری‌ها مقدار پایینی را نشان خواهند داد. برعکس، اگر سوزن آزمایشی وارد فیلمی شود که به اندازهٔ کافی ضخیم است و شامل چندین لایه ندول است (به‌طوری که نتواند به‌صورت جانبی پخش شود)، یا اگر از بالای یکی از سنگ‌فرش‌ها در یک لایه تکی وارد شود، آنگاه نه تنها سختی واقعی پیوند الماس را اندازه‌گیری می‌کند، بلکه یک سختی ظاهری حتی بیشتر را نشان می‌دهد؛ زیرا تنش فشاری داخلی در آن ندول‌ها مقاومت بیشتری در برابر نفوذ سوزن در ماده ایجاد می‌کند. اندازه‌گیری‌های نانو-فرورفتگی، سختی‌هایی تا ۵۰٪ بیشتر از مقادیر الماس بلوری طبیعی گزارش کرده‌اند. از آنجایی که در چنین مواردی سوزن کند شده یا حتی می‌شکند، اعداد واقعی سختی که از الماس طبیعی فراتر می‌روند، بی‌معنی هستند و آن‌ها فقط نشان می‌دهند که قسمت‌های سخت یک مادهٔ بهینه ta-C، الماس طبیعی را می‌شکند، نه برعکس. با این وجود، از دیدگاه عملی مهم نیست که مقاومت مادهٔ DLC چگونه ایجاد می‌شود؛ این ماده می‌تواند در هنگام استفاده، از الماس طبیعی سخت‌تر باشد. یکی از روش‌های آزمایش سختی پوشش، استفاده از آونگ پرسوز (Persoz pendulum) است.

در یک آزمون سختی‌سنجی ریزفرورفتگی (Microhardness test) برای پوشش DLC (بدون افزودن فلز)، یک فولاد یاتاقان ۹۳۱۰ سخت‌کاری سطحی‌شده (Case-hardened) با استفاده از ابزار فرورفتگی‌ساز نوک الماسیِ تأمین‌شده توسط شرکت «فیشر ساینتیفیک اینترنشنال» آزمایش شد. این ابزار از مقایسهٔ نیروی اعمال‌شده با عمق فرورفتگی استفاده می‌کرد که مشابه روش اندازه‌گیری سختی مقیاس راکول (Rockwell Scale) است. آزمون سختی‌سنجی ریزفرورفتگی فولاد بدون پوشش، به عمق فرورفتگی تقریباً ۱٫۲ میکرومتر محدود شد. همین فولاد یاتاقان سپس با یک پوشش DLC با ضخامت ۲ میکرومتر، پوشش‌دهی شد. سپس سختی‌سنجی ریزفرورفتگی روی فولاد پوشش‌دهی شده انجام شد و فرورفتگی در پوشش به عمق تقریباً ۰٫۱۵ میکرومتر، یا ۷٫۵ درصد از ضخامت پوشش، محدود گردید. اندازه‌گیری‌ها برای فولاد بدون پوشش ۵ بار و برای فولاد پوشش‌دهی‌شده ۱۲ بار تکرار شد. به عنوان مرجع، سختی فولاد یاتاقان بدون پوشش، ۶۰ راکول C بود. میانگین سختی ریزفرورفتگی اندازه‌گیری شده برای فولاد بدون پوشش ۷٫۱۳۳ نیوتون بر میلی‌متر مربع و برای فولاد پوشش‌دهی‌شده ۹٫۵۷۱ نیوتون بر میلی‌متر مربع بود که نشان می‌دهد پوشش، سختی ریزفرورفتگی حدود ۳۴٪ سخت‌تر از ۶۰ راکول C داشته است. اندازه‌گیری تغییر شکل پلاستیک، یا اثر فرورفتگی دائمی که توسط ریز-فرورفتگی‌ساز ایجاد شده بود، نشان داد که انعطاف‌پذیری (الاستیسیته) فولاد ۳۵٪ و DLC برابر با ۸۶٪ است. اندازه‌گیری تغییر شکل پلاستیک برای آزمون‌های سختی ویکرز استفاده می‌شود. همان‌طور که انتظار می‌رفت، «بسته‌شدن» بیشتر اثر فرورفتگی در پوشش، نشان‌دهندهٔ سختی ویکرز بسیار بالاتر، با نسبتی بیش از دو برابر فولاد بدون پوشش بود و در نتیجه محاسبات سختی ویکرز را بی‌معنی می‌ساخت.

#### پیونددهی پوشش‌های DLC
همان تنش داخلی که به سختی مواد DLC کمک می‌کند، پیونددهی چنین پوشش‌هایی به بسترهای (Substrates) مورد حفاظت را دشوار می‌سازد. این تنش‌های داخلی تلاش می‌کنند تا پوشش‌های DLC را از نمونه‌های زیرین جدا کنند (pop off). این عیب چالش‌برانگیز سختی فوق‌العاده، به روش‌های مختلفی حل‌شده است که به «هنر» خاص فرایند تولید بستگی دارد. ساده‌ترین راه، بهره‌برداری از پیوند شیمیایی طبیعی است که هنگام برخورد یون‌های کربن پرانرژی به سطح قطعه مورد پوشش‌دهی رخ می‌دهد. اگر آن قطعه از ماده‌ای کاربیدساز مانند تیتانیوم (Ti) یا آهن (Fe) در فولاد ساخته شده باشد، یک لایه کاربید تشکیل می‌شود که سپس به DLC رشدیافته در بالای آن پیوند می‌خورد. روش‌های دیگر پیونددهی شامل راهکارهایی مانند لایه‌نشانی لایه‌های میانی است که فاصله‌های اتمی آن‌ها به صورت تدریجی از فاصله‌های اتمی بستر تا فاصله‌های مشخصه کربن با پیوند sp3 تغییر می‌کند. در سال ۲۰۰۶، تعداد «دستورالعمل‌های» موفق برای پیونددهی پوشش‌های DLC به اندازهٔ منابع تولید DLC بود.

### تریبولوژی (سایش‌شناسی)
پوشش‌های DLC به دلیل خواص تریبولوژیکی عالی، اغلب برای جلوگیری از سایش استفاده می‌شوند. DLC در برابر سایش سایشی (Abrasive wear) و سایش چسبنده (Adhesive wear) بسیار مقاوم است، که این امر آن را برای استفاده در کاربردهایی که فشار تماس شدید را تجربه می‌کنند (هم در تماس غلتشی و هم در تماس لغزشی) مناسب می‌سازد. DLC اغلب برای جلوگیری از سایش در تیغه‌های ریش‌تراشی و ابزارهای برش فلز، از جمله اینسرت‌های تراشکاری و فرزکاری استفاده می‌شود. DLC در صنعت خودروسازی در یاتاقان‌ها، بادامک‌ها (Cams)، پیروی کننده‌های بادامک (Cam followers) و شفت‌ها به کار می‌رود. این پوشش‌ها سایش را در طول دورهٔ «آب‌بندی» (Break-in) کاهش می‌دهند، دوره‌ای که ممکن است اجزای سیستم انتقال قدرت با کمبود روانکاری مواجه شوند.

DLCها ممکن است در پوشش‌های آفتاب‌پرستی (Chameleon coatings) نیز استفاده شوند که برای جلوگیری از سایش در حین پرتاب، قرارگیری در مدار، و ورود مجدد وسایل نقلیهٔ فضاییِ پرتاب‌شده از زمین طراحی شده‌اند. برخلاف گرافیت که برای روانکاری به رطوبت نیاز دارد، DLC در محیط اتمسفر و خلأ خاصیت روانکاری (Lubricity) ایجاد می‌کند. توسعهٔ اخیر در این زمینه، پوشش‌های کربن شبه‌الماسی حاوی نانوذرات کربن منفرد تعبیه‌شده است. نرخ سایش DLC بی‌شکل می‌تواند تا ۶۰٪ با تعبیه نانوذرات کربن منفرد که همزمان با لایه‌نشانی DLC جاسازی می‌شوند، کاهش یابد. این ذرات منفرد به‌صورت درجا (In-situ) از طریف کوئنچ سریع پلاسما با پالس‌های هلیوم ایجاد شدند.

با وجود خواص تریبولوژیکی مطلوب DLC، استفاده از آن بر روی فلزات آهنی (Ferrous metals) باید با احتیاط باشد. اگر در دماهای بالاتر استفاده شود، بستر یا سطح مقابل ممکن است کربن‌دهی (Carburize) شود، که می‌تواند به دلیل تغییر در سختی، منجر به از دست رفتن کارایی قطعه گردد. دمای نهایی استفاده از یک قطعهٔ پوشش‌دهی شده باید پایین‌تر از دمایی باشد که پوشش DLC از نوع PVC در آن اعمال شده است. گزارش شده است که طراحی جدید فصل مشترک (Interface) بین ویفر سیلیکونی پوشش‌دهی شده با DLC و فلز، دوام ویفر سیلیکونی پوشش‌دهی‌شده با DLC را در برابر تنش تماس بالا از حدود ۱٫۰ گیگاپاسکال به بیش از ۲٫۵ گیگاپاسکال افزایش می‌دهد.

### خواص الکتریکی
اگر مادهٔ DLC در نمودارهای نسبت پیوندها و محتوای هیدروژن به اندازه کافی به ta-C نزدیک باشد، می‌تواند یک نارسانا با مقاومت الکتریکی بالا باشد. شاید نکتهٔ جالب‌تر این باشد که اگر این ماده به شکل «سنگ‌فرش‌شده» متوسط (مانند آنچه در تصویر بالا نشان داده شده است) تهیه شود، الکتریسیته از طریق مکانیزم هدایت جهشی (Hopping conductivity) از آن عبور می‌کند. در این نوع از رسانایی الکتریکی، الکترون‌ها از طریق تونل‌زنی کوانتومی بین حفره‌های مادهٔ رسانا که در یک نارسانا جدا شده‌اند حرکت می‌کنند. نتیجهٔ این فرایند آن است که این ماده به چیزی شبیه به یک نیمه‌رسانا (Semiconductor) تبدیل می‌شود. تحقیقات بیشتر بر روی خواص الکتریکی برای تبیین این نوع رسانایی در ta-C و تعیین ارزش عملی آن مورد نیاز است. با این حال، ثابت شده است که یک خاصیت الکتریکی متفاوت به نام گسیلندگی (Emissivity) در سطوح منحصر به فردی برای ta-C رخ می‌دهد. چنین مقادیر بالایی اجازه می‌دهد تا الکترون‌ها با اعمال سطوح متوسطی از ولتاژ اعمال‌شده، از الکترودهای پوشش‌دهی‌شده با ta-C به داخل خلأ یا به داخل جامدات دیگر گسیل شوند. این امر پیشرفت‌های مهمی را در فناوری پزشکی به همراه داشته است.

## کاربردها
کاربردهای DLC معمولاً از قابلیت این ماده برای کاهش سایش سایشی بهره می‌برند. اجزای ابزارآلات، مانند فرزهای انگشتی (Endmills)، مته‌ها، قالبهای حدید (Dies) و قالب‌های ریخته‌گری (Molds)، اغلب به این روش از DLC استفاده می‌کنند. DLC همچنین در موتورهای موتورسیکلت‌های مدرن سوپراسپرت، خودروهای مسابقه‌ای فرمول ۱ و نسکار (NASCAR) و به عنوان پوشش بر روی دیسک‌های سخت (Hard-disk platters) استفاده می‌شود. عملاً لبه‌های تمام تیغ‌های چندلبه‌ای که برای اصلاح مرطوب استفاده می‌شوند، با DLC بدون هیدروژن «پوشش‌دهی» شده‌اند تا اصطکاک را کاهش داده و از سایش پوست حساس جلوگیری کنند. همچنین برخی از تولیکنندگان سلاح/سازندگان سفارسی اسلحه از آن به عنوان پوشش استفاده می‌کنند. برخی از اشکال DLC در اتحادیه اروپا برای مصارف غذایی تأیید شده‌اند و کاربردهای گسترده‌ای در اقدامات پرسرعت درگیر در فرآوری غذاهای جدید مانند چیپس سیب‌زمینی و هدایت جریان مواد در بسته‌بندی مواد غذایی با روکش‌های پلاستیکی دارند. DLC لبه‌های برش ابزارهای مورد استفاده برای شکل‌دهی خشک و پرسرعت سطوح دشوار چوب و آلومینیوم (مانند داشبوردهای خودرو) را پوشش می‌دهد. پوشش‌های DLC به‌طور گسترده‌ای برای باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی مبتنی بر لیتیوم به منظور بهبود عملکرد آن‌ها استفاده می‌شوند. DLC می‌تواند ظرفیت نگهداری باتری‌های لیتیومی را تا ۴۰٪ و عمر چرخه (Cycle life) را تا ۴۰۰٪ افزایش دهد.

خواص سایش، اصطکاک، و الکتریکی DLC آن را به ماده‌ای جذاب برای کاربردهای پزشکی تبدیل کرده است. همچنین ثابت شده است که DLC دارای زیست‌سازگاری (Bio-compatibility) بسیار خوبی است. این امر باعث شده است که بسیای از روش‌های درمانی، مانند مداخله کرونری از راه پوست (Percutaneous coronary intervention) با استفاده از براکی‌تراپی (Brachytherapy)، از خواص الکتریکی منحصربه‌فرد DLC بهره‌مند شوند. در ولتاژها و دماهای پایین، الکترودهای پوشش‌دهی شده با DLC می‌توانند الکترون‌های کافی گسیل کنند تا به لوله‌های میکرو-اشعه ایکس یکبارمصرف تبدیل شوند که به کوچکی دانه‌های رادیواکتیوی هستند که در براکی‌تراپی متداول وارد شریان‌ها یا تومورها می‌شوند. همان دوز تابش تجویز شده را می‌توان از داخل به بیرون اعمال کرد، با این امکان اضافی که بتوان تابش را در الگوی تجویزشده برای اشعه‌های ایکس مورد استفاده خاموش و روشن کرد. ثابت شده است که DLC یک پوشش عالی برای افزایش عمر و کاهش عوارض مفاصل تعویضی لگن و زانوهای مصنوعی است. همچنین با موفقیت بر روی استنت‌های شریان کرونری اعمال شده و میزان بروز ترومبوز (Thrombosis) را کاهش داده است. پمپ قلب قابل کاشت را می‌توان به عنوان نهایی‌ترین کاربرد زیست‌پزشکی در نظر گرفت که در آن پوشش DLC بر روی سطوح در تماس با خون اجزای اصلی دستگاه استفاده می‌شود. در شاخص سختی، پوشش‌های DLC نرم‌تر، سطوح زیست‌سازگاری بهتری نسبت به پوشش‌های DLC سخت از خود نشان داده‌اند، که این امر می‌تواند به انتخاب پوشش DLC مناسب برای کاربردهای زیست‌مکانیکی خاص، مانند ایمپلنت‌های حامل بار (Load-carrying implants) یا ایمپلنت‌های غیرحامل بار کمک کند.

## مزایای زیست‌محیطی محصولات بادوام
افزایش طول عمر قطعات پوشش‌دهی‌شده با DLC که به دلیل سایش فرسوده می‌شوند، را می‌توان با فرمول f=(g)^\mu توصیف کرد، که در آن g عددی است که نوع DLC، نوع سایش و جنس ماده بستر را مشخص می‌کند، و µ ضخامت پوشش DLC بر حسب میکرومتر است. برای سایش «کم‌تأثیر» (مانند پیستون‌ها در سیلندرها، و پروانه‌ها در پمپ‌های مایعات حاوی شن و ماسه) مقدار g برای ta-C خالص برروی فولاد ضدزنگ ۳۰۴ برابر با ۶۶ است. این بدان معنی است که ضخامت یک میکرومتری (که تقریباً ۵٪ ضخامت سر یک تار موی انسان است) طول عمر قطعهٔ پوشش‌دهی شده را از یک هفته به بیش از یک سال افزایش می‌دهد و ضخامت دو میکرومتری آن را از یک هفته به ۸۵ سال افزایش خواهش داد. این‌ها مقادیر اندازه‌گیری شده هستند؛ هر چند در مورد پوشش ۲ میکرومتر، طول عمر از آخرین باری که نمونه ارزیابی شد، تا زمانی که دستگاه آزمایش خودش فرسوده گردید، برون‌یابی (Extrapolated) شده است. استدلال‌های زیست‌محیطی وجود دارد که یک اقتصاد پایدار باید محصولات را تشویق کند که برای دوام مهندسی شده باشند-به عبارت دیگر، دارای دوام برنامه‌ریزی شده باشند (که نقطهٔ مقابل کالای با عمر برنامه‌ریزی شده یا Planned Obsolescence است) در حال حاضر حدود ۱۰۰ عرضه‌کنندهٔ خدمات برون‌سپاری پوشش‌های DLC وجود دارد که مقادیری گرافیت و هیدروژن دارند و بنابراین، در همان بسترهای زیرین، اعداد g بسیار پایین‌تری نسبت به ۶۶ ارائه می‌دهند.

## جستارهای وابسته

* کربن
* الماس
* جامد آمورف
* چندریختی

## منابع

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر
رده:دگرشکل‌های کربن
رده:پوشش‌ها
رده:مواد ابرسخت
رده:لایه‌نشانی