“碳中和”，旨在推动使用再生能源，以改善因燃烧石化燃料而排放到大气中的二氧化碳，是国家和全球战略目标。为实现上述目标，一方面，可以从能源清洁利用入手，发展燃料电池的核心部件——双极板，提升能源利用效率；另一方面，发展先进润滑材料和技术，节约摩擦磨损造成的能源损失与国民经济损失，同时推动高端机械装备的高可靠、长寿命运行。
非晶碳薄膜具有高硬度、良好的光学透过性、低介电常数、高热导率、优异的化学惰性和生物相容性以及优异的减摩耐磨等性能，被广泛应用于机械、电子、光学、生物医学、航空航天等领域。20世纪70年代开始，自Aisenberg和Chabot[95]首次使用离子束沉积在室温下制备出DLC薄膜之后，在国内外掀起了DLC薄膜的研究热潮。相比于金刚石薄膜的制备，DLC薄膜的制备具有方法多样、工艺简单、性能优异的特点。沉积方法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两大类。
本文针对上述问题，使用真空镀膜设备，通过调控薄膜纳米结构，制备具有低摩擦与导电耐蚀性能的不同碳基薄膜。1.提出了“催化反应磁控溅射”在甲烷气氛中快速沉积CrCu双掺杂纳米结构碳薄膜的新方法，实现了高于文献报道最高沉积速率4倍的生长速度，获得满足国际能源署DOE标准的碳薄膜金属双极板。揭示了自形成多层结构和类石墨烯桥接和包裹CuCr纳米团簇是实现高导电和高耐蚀的机制，即桥接的纳米Cu团簇和石墨烯状碳结构在制备的薄膜中构成了一个空间网络，赋予其良好的导电性。此外，桥接的纳米Cu团簇被石墨烯状碳结构和无定形碳团簇隔离，从而保护了纳米Cu团簇不与腐蚀性液体接触，进一步带来优异的腐蚀性能。该研究为碳薄膜双极板的商业化应用提供了新思路。2.提出“催化超滑”的理念，设计相应的超滑体系，摩擦过程中借助界面剪切力与摩擦热，催化非晶碳向石墨烯相发生转变，于摩擦界面原位生成石墨烯纳米条带，以此实现宏观超滑。该体系摩擦系数低至0.003，相比于不含催化性金属的配副体系，摩擦降低94%，磨损降低61%。
 

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