“鉆(zhan)(zhan)(zhan)石(shi)(shi)(shi)恒久遠(yuan)，一(yi)顆永流傳”，是(shi)我們熟悉(xi)的(de)一(yi)句(ju)廣(guang)告語，也正(zheng)是(shi)這(zhe)句(ju)廣(guang)告語，讓鉆(zhan)(zhan)(zhan)石(shi)(shi)(shi)成為婦孺皆知的(de)名字(zi)；而鉆(zhan)(zhan)(zhan)石(shi)(shi)(shi)，克拉級鉆(zhan)(zhan)(zhan)石(shi)(shi)(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)戒動輒數以(yi)(yi)幾萬元計，足以(yi)(yi)證明寶石(shi)(shi)(shi)級鉆(zhan)(zhan)(zhan)石(shi)(shi)(shi)的(de)珍貴。鉆(zhan)(zhan)(zhan)石(shi)(shi)(shi)也可以(yi)(yi)叫(jiao)做(zuo)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)、金剛(gang)(gang)鉆(zhan)(zhan)(zhan)。
“沒有(you)金剛(gang)鉆別攬瓷器(qi)活”，鉆石(shi)除了作為珠(zhu)寶首飾(shi)，它的用途十分廣泛(fan)。比如玻璃切割、研磨、光(guang)刻技術、納(na)米傳(chuan)感器(qi)、高功率激光(guang)窗口等(deng)等(deng)。
金剛石薄膜(mo)具有不同的(de)晶(jing)態(tai)（單晶(jing)、微晶(jing)、納米(mi)晶(jing)和(he)超納米(mi)晶(jing)），是(shi)許多(duo)醫學(xue)和(he)生物技術(shu)應用的(de)潛在(zai)候選者，如埋植劑的(de)涂層，用于神經元(yuan)或生物傳感器活性部分的(de)生長和(he)研究的(de)平(ping)臺。這與它們優異的(de)力學(xue)性能、高(gao)的(de)化學(xue)惰(duo)性和(he)生物相容性有關。
化(hua)(hua)學氣(qi)相沉積（CVD）制備(bei)的(de)(de)(de)金剛石薄膜是端氫的(de)(de)(de)。這導致了(le)一(yi)定程度的(de)(de)(de)疏(shu)水(shui)性(xing)(xing)，這是觀察到化(hua)(hua)學惰性(xing)(xing)的(de)(de)(de)原因。因此，進一(yi)步(bu)增加親(qin)水(shui)性(xing)(xing)或增加化(hua)(hua)學活(huo)性(xing)(xing)需要(yao)進行表(biao)面改性(xing)(xing)。通過等離子(zi)體(ti)處理和光化(hua)(hua)學方法實現-OH或-NH2基團的(de)(de)(de)表(biao)面功(gong)能化(hua)(hua)。另(ling)一(yi)方面，等離子(zi)體(ti)氟化(hua)(hua)甚至會增加表(biao)面的(de)(de)(de)疏(shu)水(shui)性(xing)(xing)。zeta電位用來評價功(gong)能化(hua)(hua)程度，它反映(ying)了(le)表(biao)面-水(shui)界面的(de)(de)(de)電荷形(xing)成。
zeta電位描述了在水(shui)溶液(ye)中(zhong)，當親水(shui)表(biao)面(mian)的(de)(de)官能團分散或氫氧根離子吸附在疏水(shui)表(biao)面(mian)上時產生的(de)(de)某一表(biao)面(mian)電荷。通過改變(bian)pH值，離解和吸附平衡就會受到影響，從(cong)而(er)可(ke)以評(ping)價表(biao)面(mian)的(de)(de)化學性(xing)質(zhi)。
通(tong)過(guo)測(ce)量流動(dong)電(dian)(dian)勢，可以獲得宏觀表面(mian)的zeta電(dian)(dian)位(wei)(wei)。平面(mian)樣品相對(dui)(dui)排列，形成(cheng)一個固定的通(tong)道(dao)(圖1)。在測(ce)量過(guo)程中，施加壓力梯度，液(ye)體流經通(tong)道(dao)。作(zuo)為對(dui)(dui)固液(ye)界面(mian)上電(dian)(dian)荷(he)補償離(li)子位(wei)(wei)移(yi)的電(dian)(dian)響應，產(chan)生流動(dong)電(dian)(dian)勢(或流電(dian)(dian)流)并用于計(ji)算zeta電(dian)(dian)位(wei)(wei)。
圖(tu)1：流動電(dian)勢測量示意圖(tu)
利用微波等離子體增強化學氣相沉積技術在硅片上合成了超納米晶金剛石薄膜（UNCD）。氣體前體混合物包含17%的CH4-N2混(hun)氣(qi)，工作(zuo)壓力保(bao)持(chi)(chi)在(zai)30 mbar，襯底(di)溫度(du)(du)保(bao)持(chi)(chi)在(zai)560 °C左右，微(wei)波功(gong)率保(bao)持(chi)(chi)在(zai)800 W。沉積6 h后，得到厚度(du)(du)為(wei)1.5 μm的(de)(de)UNCD層。層的(de)(de)表面相(xiang)對光滑，rms粗糙度(du)(du)約為(wei)12-14 nm。
為了使UNCD表面高度親水性或增加樣品的疏水性，分別用200 W的O2等離子體和50 W的SF6等(deng)離子(zi)體進(jin)行5 s的(de)等(deng)離子(zi)體改(gai)性。**次改(gai)性形成了接觸角(jiao)< 10°的(de)端(duan)氧(yang)表面，后者產生了接觸角(jiao)> 110°的(de)端(duan)氟表面。
研究了三種不同表面終端的UNCD樣品：未處理的端氫表面和分別在SF6等離子體和O2等離子體中處理的表面。樣品放置在測量單元中，使相對的表面形成約100 μm的距離。通過測得的壓力下降來調整間隙寬度。電解液為1mmol /L的氯化鉀溶液。pH值在pH 9.5和pH 3.0之間，從基本范圍開始。使用包括一個內置滴定單元的安東帕SurPASSTM3進(jin)(jin)行(xing)測量。分別用(yong)0.05 M鹽(yan)酸和0.05 M氫(qing)氧(yang)化鈉進(jin)(jin)行(xing)自(zi)動pH調節。
圖2的(de)(de)(de)(de)結(jie)果顯示，在(zai)酸性范(fan)(fan)圍(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)zeta電(dian)位明顯增加。在(zai)基本范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內，所有(you)表面的(de)(de)(de)(de)zeta電(dian)位在(zai)pH值高于(yu)8.5時保(bao)持(chi)為負，幾乎(hu)不(bu)(bu)變。在(zai)這一點上，在(zai)表面-水界面發(fa)生(sheng)飽和(he)，因(yin)此對于(yu)較高的(de)(de)(de)(de)pH值，預計不(bu)(bu)會有(you)進一步的(de)(de)(de)(de)變化。pH 4.2(未處理的(de)(de)(de)(de)UNCD)、pH 3.8 (O2等離子處理的(de)UNCD)和pH 3.2 (SF6等離子處理的(de)UNCD) 時zeta電(dian)(dian)位為0，即其等電(dian)(dian)點(IEP)。這(zhe)些值符合Voss等(4)報告的(de)數(shu)據。
從(cong)(cong)zeta電(dian)位測量的(de)(de)結果可(ke)以觀察到樣(yang)品表面的(de)(de)電(dian)荷性質。這一信息對于研究與(yu)具有一定凈電(dian)荷的(de)(de)生物分子的(de)(de)相互作用很重要，例如酵素。基于zeta電(dian)位，可(ke)以預測可(ke)能的(de)(de)排斥(chi)或吸引，從(cong)(cong)而闡明在UNCD表面上(shang)的(de)(de)固定化機制。
圖2：Si晶(jing)片(pian)上經(jing)過O2等(deng)離子體(ti)處理(li)(li)和SF6等(deng)離子體(ti)處理(li)(li)的UNCD薄膜的Zeta電位與pH的關系(xi)
表(biao)1：圖2中未處理(li)和等離(li)子體處理(li)后的UNCD表(biao)面zeta電位分析的關鍵(jian)指標
靈敏的流動電勢測量技術是**用于監(jian)測表面活化等離子體(ti)處理或沉(chen)積(ji)方法，并確(que)定(ding)各種表面終(zhong)端或污染的技術