Improvement in tribological properties by modification of grain boundary and microstructure of ultrananocrystalline diamond films

ACS Applied Materials and Interfaces

Volumn 5, Issue 9, 2013, Pages 3614-3624

  Sankaran, Kamatchi Jothiramalingam ^a   Kumar, Niranjan ^b   Kurian, Joji ^c   Ramadoss, Radhika ^d   Chen, Huang Chin ^c   Dash, Sitaram ^b   Tyagi, Ashok Kumar ^b   Lee, Chi Young ^a   Tai, Nyan Hwa ^a   Lin, I Nan ^c  

^a NATIONAL TSING HUA UNIVERSITY   (Taiwan)

^b INDIRA GANDHI CENTRE FOR ATOMIC RESEARCH   (India)

^c TAMKANG UNIVERSITY   (Taiwan)

^d ANNA UNIVERSITY   (India)

Author keywords

clustered grains; grain boundary; high resolution transmission electron microscopy; microstructure; trans polyacetylene; tribological properties; ultrananocrystalline diamond films

Indexed keywords

FUNCTIONAL PROPERTIES; HIGH-EFFICIENCY OPERATIONS; LOW FRICTION COEFFICIENTS; MICROWAVE PLASMA ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITIONS; SUBSTRATE TEMPERATURE; TRIBOLOGICAL PROPERTIES; ULTRA-NANOCRYSTALLINE DIAMOND FILMS; ULTRANANOCRYSTALLINE DIAMONDS;

CRYSTAL LATTICES; DIAMOND FILMS; DIAMONDS; FRICTION; FUNCTIONAL GROUPS; GRAIN GROWTH; HIGH RESOLUTION TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; HYDROGEN; MICROSTRUCTURE; PLASMA DEPOSITION; PLASMAS; TRIBOLOGY;

GRAIN BOUNDARIES;

EID: 84877351834     PISSN: 19448244     EISSN: 19448252     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/am303144m     Document Type: Article

References (71)

1. Iriarte, G. F. J. Appl. Phys. 2003, 93, 9604-9609
2. Bi, B.; Huang, W. S. Diam. Relat. Mater. 2002, 11, 677-680
3. Sepulveda-Alancastro, N.; Dean, A. M. Microelectron. Eng. 2004, 73-74, 435-440
4. Auciello, O.; Birrell, J.; Carlisle, J. A.; Gerbi, J. E.; Xiao, X.; Peng, B.; Espinosa, H. D. J. Phys.: Condens. Matter 2004, 16, R539-R552
5. Kim, K. H.; Moldovan, N.; Horacio, C. K.; Espinosa, D.; Xiao, X.; Carlisle, J. A.; Auciello, O. Small 2005, 1, 866-874
6. Wu, K.; Wang, E. G.; Cao, Z. X.; Wang, Z. L.; Jiang, X. J. Appl. Phys. 2000, 88, 2967-2974
7. Yang, W.; Auciello, O.; Butler, J. E.; Cai, W.; Carlisle, J. A.; Gerbi, J. E.; Gruen, D. M.; Knickerbocker, T.; Lasseter, T. L.; Russell, J. N.; Smith, L. M.; Hamers, R. J. Nat. Mat. 2002, 1, 253-257
8. Mortet, V.; Elmazria, O.; Nesladek, M.; Assouar, M. B.; Vanhoyland, G.; D'Haen, J.; Olieslaeger, M. D.; Alnot, P. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1720-1722
9. Liu, J.; Grierson, D. S.; Moldovan, N.; Notbohm, J.; Li, S.; Jaroenapibal, P.; O'Connor, S. D.; Sumant, A. V.; Neelakantan, N.; Carlisle, J. A.; Turner, K. T.; Carpick, R. W. Small 2010, 6, 1140-1149
10. Lud, S. Q.; Niedermeier, M.; Koch, P. S.; Bruno, P.; Gruen, D. M.; Stutzmann, M.; Garrido, J. A. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 092109
11. Bhattacharyya, S.; Auciello, O.; Birrell, J.; Carlisle, J. A.; Curtiss, L. A.; Goyette, A. N.; Gruen, D. M.; Krauss, A. R.; Schlueter, J.; Sumant, A.; Zapol, P. Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 1441-1443
12. Williams, O. A.; Curat, S.; Gerbi, J. E.; Gruen, D. M.; Jackman, R. B. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 1680-1682
13. Joseph, P. T.; Tai, N. H.; Chen, C. H.; Niu, H.; Cheng, H. F.; Palnitkar, U. A.; Lin, I. N. J. Appl. Phys. 2009, 105, 123710
14. Joseph, P. T.; Tai, N. H.; Lin, I. N. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 042107
15. Joseph, P. T.; Chen, H. C.; Tai, N. H.; Lin, I. N. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3 (10) 4007-4013
16. Pradhan, D.; Lin, I. N. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 1444-1450
17. Catledge, S. A.; Borham, J.; Vohra, Y. K.; Lacefield, W. R.; Lemons, J. E. J. Appl. Phys. 2002, 91, 5347-5352
18. Bogus, A.; Gebeshuber, I. C.; Pauschitz, A.; Roy, M.; Haubner, R. Diam. Relat. Mater. 2008, 17, 1998-2004
19. Sharma, N.; Kumar, N.; Sundaravel, B.; Panda, K.; David, W.; Kamarrudin, M.; Dash, S.; Panigrahi, B. K.; Tyagi, A. K.; Lin, I. N.; Raj, B. Tribol. Int. 2011, 44, 980-986
20. Panda, K.; Kumar, N.; Panigrahi, B. K.; Polaki, S. R.; Sundaravel, B.; Dash, S.; Tyagi, A. K.; Lin, I. N. Tribol. Int. 2013, 57, 124-136
21. Konicek, A. R.; Grierson, D. S.; Gilbert, P. U. P. A.; Sawyer, W. G.; Sumant, A. V.; Carpick, R. W. Phy. Rev. Lett 2008, 100, 235502
22. Konicek, A. R.; Grierson, D. S.; Sumant, A. V.; Friedmann, T. A.; Sullivan, J. P.; Gilbert, P. U. P. A.; Sawyer, W. G.; Carpick, R. W. Phys. Rev. B. 2012, 85, 155448
23. Holt, K. B.; Ziegler, C.; Zang, J.; Hu, J.; Foord, J. S. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2761-2770
24. Yang, W.; Auciello, O.; Butler, J. E.; Cai, W.; Carlisle, J. A.; Gerbi, J. E.; Gruen, D. M.; Knickerbocker, T.; Lasseter, T. L.; Russell, J. N.; Smith, L. M.; Hamers, R. J. Nat. Mat. 2002, 1, 253-257
25. Celii, G.; Butler, J. E. Annu. Rev. Phys. Chem. 1991, 42, 643-684
26. Morish, A. A.; Pehrsson, P. E. Appl. Phys. Lett. 1991, 59, 417-419
27. Lifshitz, Y.; Lee, C. H.; Wu, Y.; Zhang, W. J.; Bello, I.; Lee, S. T. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 243114
28. Lee, S. T.; Peng, H. Y.; Zhou, X. T.; Wang, N.; Lee, C. S.; Bello, I.; Lifshitz, Y. Science 2000, 287, 104-106
29. Bruno, P.; Benedic, F.; Mohasseb, F.; Silva, F.; Hassouni, K. Thin Solid Films 2005, 482, 50-55
30. Correa, E. J.; Wu, Y.; Wen, J. G.; Chandrasekharan, R.; Shannon, M. A. J. Appl. Phys. 2007, 102, 113706
31. Csencsits, R.; Gruen, D. M.; Krauss, A. R.; Zuiker, C. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1996, 403, 291
32. Qin, L. C.; Zhou, D.; Krauss, A. R.; Gruen, D. M. Nanostruct. Mater. 1998, 10, 649-660
33. Zhou, D.; Gruen, D. M.; Qin, L. C.; McCauley, T. G.; Krauss, A. R. J. Appl. Phys. 1998, 84, 1981-1989
34. Jiao, S.; Sumant, A.; Kirk, M. A.; Gruen, D. M.; Krauss, A. R.; Auciello, O. J. Appl. Phys. 2001, 90, 118-122
35. Pfeiffer, R.; Kuzmany, H.; Knoll, P.; Bokova, S.; Salk, N.; Gunther, B. Diam. Relat. Mater. 2003, 12, 268-271
36. Piazza, F.; Golanski, A.; Schulze, S.; Relihan, G. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 358-360
37. Ferrari, A. C.; Robertson, J. Phys. Rev. B 2001, 64, 75414
38. Birrell, J.; Gerbi, J. E.; Auciello, O.; Gibson, J. M.; Johnson, J.; Carlisle, J. A. Diam. Relat. Mater. 2005, 14, 86-92
39. Xiao, X.; Birrell, J.; Gerbi, J. E.; Auciello, O.; Carlisle, J. A. J. Appl. Phys. 2004, 96, 2232-2239
40. Chen, Q.; Gruen, D. M.; Krauss, A. R.; Corrigan, T. D.; Witek, M.; Swain, G. M. J. Electrochem. Soc. 2001, 148, E44-E45
41. Kuzmany, H.; Pfeiffer, R.; Salk, N.; Gunther, B. Carbon 2004, 42, 911-917
42. Ferrari, A. C.; Robertson, J. Phys. Rev. B 2001, 63, 121405
43. Ferrari, A. C.; Robertson, J. Phys. Rev. B 2000, 61, 14095
44. Ferrari, A. C.; Robertson, J. Phys. Rev. B 2001, 64, 075414
45. Chen, K. F.; Chen, K. C.; Jiang, Y. C.; Jiang, L. Y.; Chang, Y. Y.; Hsiao, M. C.; Chan, L. H. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 193127
46. Huang, B. R.; Yang, Y. K.; Lin, T. C.; Yang, W. L. J. Nanomater. 2011, 2012, 369763
47. Pandey, B.; Pal, P. P.; Bera, S.; Ray, S. K.; Kara, A. K. Appl. Surf. Sci. 2012, 261, 789-799
48. Tang, C. J.; Abe, I.; Vieira, L. G.; Soares, M. G.; Grácio, J.; Pinto, L. J. Diam. Relat. Mater. 2010, 19, 404-408
49. Apatiga, L. M.; Velazquez, R.; Castano, V. M. Surf. Sci. 2003, 529, 158-162
50. Wang, C. S.; Chen, H. C.; Cheng, H. F.; Lin, I. N. J. Appl. Phys. 2010, 107, 034304
51. Zhou, D.; McCauley, T. G.; Qin, L. C.; Krauss, A. R.; Gruen, D. M. J. Appl. Phys. 1998, 83, 540-543
52. May, P. W.; Mankelevich, Yu. A.; Harvey, J. N.; Smith, J. A. J. Appl. Phys. 2006, 99, 104907
53. Rabeau, J. R.; John, P.; Wilson, J. I. B.; Fan, Y. J. Appl. Phys. 2004, 96, 6724-6732
54. May, P. W.; Mankelevich, Yu. A. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 12432-12441
55. Gruen, D. M.; Krauss, A. R.; Zuiker, C. D.; Csencsits, R.; Terminello, L. J.; Carlisle, J. A.; Jimenez, I.; Sutherland, D. G. J.; Shuh, D. K.; Tong, W.; Himpsel, F. J. Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 1640-1642
56. McNamara, K. M.; Levy, D. H.; Gleason, K. K.; Robinson, C. J. Appl. Phys. Lett. 1991, 60, 580-582
57. Michaelson, Sh.; Hoffman, A. Diam. Relat. Mater. 2006, 15, 486-497
58. Hu, X. J.; Ye, J. S.; Hu, H.; Chen, X. H.; Shen, Y. G. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 131902
59. Ballutaud, D.; Kociniewski, T.; Vigneron, J.; Simon, N.; Girard, H. Diam. Relat. Mater. 2008, 17, 1127-1131
60. Obraztsova, E. D.; Kuznetsov, V. L.; Loubnin, E. N.; Pimenov, S. M.; Pereverzev, V. G. Nanoparticles in Solids and Solutions; Fendler, J. H.,; Dekany, I., Eds.; Kluwer: Dordrecht, 1996.
61. Gardos, M. N.; Soriano, B. L. J. Mater. Res. 1990, 5, 2599-2609
62. Grillo, S. E.; Field, J. E. J. Phys. D: Appl. Phys. 2000, 33, 595-602
63. Schade, A.; Rosiwal, S. M.; Singer, R. F. Surf. Coat. Technol. 2007, 201, 6197-6205
64. Abreu, C. S.; Oliveira, F. J.; Belmonte, M.; Fernandes, A. J.S.; Silva, R. F.; Gomes, J. R. Wear 2005, 259, 771-778
65. Lancaster, J.; Pritchard, J. J. Phys. D: Appl. Phys. 1980, 13, 1551-1564
66. Lancaster, J.; Pritchard, J. J. Phys. D: Appl. Phys. 1981, 14, 747-762
67. Bowden, F. P.; Young, J. E. Proc. R. Soc. Lond. A 1951, 208, 444-455
68. Andersson, J.; Erck, R. A.; Erdemir, A. Surf. Coat. Technol. 2003, 163-164, 535-540
69. Zilibotti, G.; Righi, M. C.; Ferrario, M. Phys. Rev. B 2009, 79, 75420
70. Gao, G. T.; Mikulski, P. T.; Harision, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7202-7209
71. Voevodin, A. A.; Zabinski, J. S. Thin Solid Films 2000, 370, 223-231