等离子体是化学物质的第四态。根据超低温等离子体放电的物理学/有机化学液相堆积（PVD/CVD）技术性，是现阶段制取各种优秀作用薄膜与安全防护涂层原材料的关键方式。大功率单脉冲射频溅射（HiPIMS）做为一种新式PVD技术性，因其离化率高，且便于完成高密度、光洁、大规模匀称的高品质薄膜制取而备受关注。以往两年来，中科院宁波市原材料技术性与工程项目研究室的硅基薄膜原材料技术性精英团队，紧紧围绕HiPIMS涂层武器装备研制、等离子体放电剖析、涂层运用认证等层面，进行了认真细致的科学研究。

　　最先，在中国科学院重特大武器装备研制新项目的支助下，精英团队根据对HiPIMS磁控源控制模块、开关电源（与哈工大协作）、真空泵-水-电-供气、PLC控制系统软件等的可靠性设计与生产加工集成化，在中国较早研制出了独立产权年限的大功率单脉冲射频溅射复合型表层的镀膜设备。该武器装备等离子体放电平稳、金属材料离化率高、运作靠谱。以金属材料Cr为例子，HiPIMS的离化率达到50%（传统式直流溅射<5%），等离子体相对密度为1.3×1019/m3（比直流溅射高3-4个量级）。运用该武器装备，精英团队陆续进行了HiPIMS制取非晶碳膜、MoS2润化薄膜、氮基硬质的涂层的科学研究（App. Surf. Sci. 283(2013)321，Surf. Coat. Technol. 228(2013)275，J. Mater. Sci. Technol. 31(2015)1193），并将其扩展运用于硼基耐腐蚀涂层、MAX相空气氧化安全防护涂层，产生了8项关键专利发明（201310026859.5，2013100264796.7，201710546704.2，201911080939.2，201911165864.8等）。

　　进一步比照世界各国同行业的科学研究，精英团队发觉在具体运用中，HiPIMS因直流电复合型单脉冲的大功率并不总是能得到金属材料的高离化率（AIP Advances, 8(2018) 015132）。对于这一难题，精英团队创建了HiPIMS放电的标值实体模型，融合探头/光谱仪对等离子体原点确诊，剖析了金属材料类型、二次电子发送指数、磁控溅射产额、电离能对靶表层区水解全过程的危害（IEEE T Plasma Sci. 47 (2019) 1215），明确提出了HiPIMS单脉冲放电的四环节特点。关键的是，发觉在较高电压的HiPIMS辉光放电全过程中，存有一切正常辉光向异常辉光的变化。这一結果表明，仅有HiPIMS放电进到异常辉光区，才可以具体得到金属材料的高离化（Phys. Plasmas, 24 (2017) 083507）。并且，就算针对难水解的非金属材料碳，管控脉冲宽度在异常辉光区，也可以完成C的高离化率放电。

图1 HiPIMS不具备本征高离化率，同样标准下不一样原素离化率差别明显

图2 HiPIMS单脉冲放电的四环节特点及其一切正常辉光向异常辉光的变化

图3 以Cr为例子，随单脉冲偏压提升，分子相对密度减少但正离子相对密度提升

图4 不一样种类磁控溅射方式的堆积平面图

　　除开以上HiPIMS靶表层地区的放电特点了解，怎样完成对近基材地区的等离子体定性分析（如活力颗粒类型、正离子相对密度、分子相对密度），则是危害涂层生长发育的另一放电基本含义。尽管选用发送光谱分析仪（OES）可精确测量活力颗粒类型，郎格缪尔探头可精确测量正离子相对密度，但基态原子相对密度的精确精确测量现阶段十分艰难。因此，精英团队根据对发送光谱分析仪的更新改造，完成了近基材表层区2cm薄厚内光发送数据信号的靠谱收集。并根据明确提出的HiPIMS磁控溅射联级撞击-辐射跃迁的调整实体模型，精确测算出了等离子体中的激发态金属材料分子相对密度。发觉提升HiPIMS的单脉冲工作电压，能合理减少堆积区域内的金属材料分子成分并明显提升正离子成分，完成不一样磁控溅射方式的变化，它是得到HiPIMS高离化率放电并从而完成涂层精细结构管控的重要。有关成效最近发布于英国皇室物理会（IOP）集团旗下的等离子体科学领域刊物上（Plasma Sources Science and Technology, 29 (2020) 015013）。

　　以上科学研究工作中获得了自然科学基金（51875555，11705258）、中科院主导重点（XDA22010303）、中国科学院王宽诚首先人才计划、及湖州市2025重点（2018B10012）等新项目的支助。