“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳”，是我們熟悉的一句廣告語(yǔ)，也正是這句廣告語(yǔ)，讓鉆石成為婦孺皆知的名字；而鉆石，克拉級(jí)鉆石鉆戒動(dòng)輒數(shù)以幾萬(wàn)元計(jì)，足以證明寶石級(jí)鉆石的珍貴。鉆石也可以叫做金剛石、金剛鉆。
“沒(méi)有金剛鉆別攬瓷器活”，鉆石除了作為珠寶首飾，它的用途十分廣泛。比如玻璃切割、研磨、光刻技術(shù)、納米傳感器、高功率激光窗口等等。
金剛石薄膜具有不同的晶態(tài)（單晶、微晶、納米晶和超納米晶），是許多醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)應(yīng)用的潛在候選者，如埋植劑的涂層，用于神經(jīng)元或生物傳感器活性部分的生長(zhǎng)和研究的平臺(tái)。這與它們優(yōu)異的力學(xué)性能、高的化學(xué)惰性和生物相容性有關(guān)。
化學(xué)氣相沉積（CVD）制備的金剛石薄膜是端氫的。這導(dǎo)致了一定程度的疏水性，這是觀察到化學(xué)惰性的原因。因此，進(jìn)一步增加親水性或增加化學(xué)活性需要進(jìn)行表面改性。通過(guò)等離子體處理和光化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)-OH或-NH2基團(tuán)的表面功能化。另一方面，等離子體氟化甚至?xí)黾颖砻娴氖杷?。zeta電位用來(lái)評(píng)價(jià)功能化程度，它反映了表面-水界面的電荷形成。
zeta電位描述了在水溶液中，當(dāng)親水表面的官能團(tuán)分散或氫氧根離子吸附在疏水表面上時(shí)產(chǎn)生的某一表面電荷。通過(guò)改變pH值，離解和吸附平衡就會(huì)受到影響，從而可以評(píng)價(jià)表面的化學(xué)性質(zhì)。
通過(guò)測(cè)量流動(dòng)電勢(shì)，可以獲得宏觀表面的zeta電位。平面樣品相對(duì)排列，形成一個(gè)固定的通道(圖1)。在測(cè)量過(guò)程中，施加壓力梯度，液體流經(jīng)通道。作為對(duì)固液界面上電荷補(bǔ)償離子位移的電響應(yīng)，產(chǎn)生流動(dòng)電勢(shì)(或流電流)并用于計(jì)算zeta電位。
圖1：流動(dòng)電勢(shì)測(cè)量示意圖
利用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)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混氣，工作壓力保持在30 mbar，襯底溫度保持在560 °C左右，微波功率保持在800 W。沉積6 h后，得到厚度為1.5 μm的UNCD層。層的表面相對(duì)光滑，rms粗糙度約為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等離子體進(jìn)行5 s的等離子體改性。**次改性形成了接觸角< 10°的端氧表面，后者產(chǎn)生了接觸角> 110°的端氟表面。
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(cè)量單元中，使相對(duì)的表面形成約100 μm的距離。通過(guò)測(cè)得的壓力下降來(lái)調(diào)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(kāi)始。使用包括一個(gè)內(nèi)置滴定單元的安東帕SurPASSTM3進(jìn)行測(cè)量。分別用0.05 M鹽酸和0.05 M氫氧化鈉進(jìn)行自動(dòng)pH調(diào)節(jié)。
圖2的結(jié)果顯示，在酸性范圍的zeta電位明顯增加。在基本范圍內(nèi)，所有表面的zeta電位在pH值高于8.5時(shí)保持為負(fù)，幾乎不變。在這一點(diǎn)上，在表面-水界面發(fā)生飽和，因此對(duì)于較高的pH值，預(yù)計(jì)不會(huì)有進(jìn)一步的變化。pH 4.2(未處理的UNCD)、pH 3.8 (O2等離子處理的UNCD)和pH 3.2 (SF6等離子處理的UNCD) 時(shí)zeta電位為0，即其等電點(diǎn)(IEP)。這些值符合Voss等(4)報(bào)告的數(shù)據(jù)。
從zeta電位測(cè)量的結(jié)果可以觀察到樣品表面的電荷性質(zhì)。這一信息對(duì)于研究與具有一定凈電荷的生物分子的相互作用很重要，例如酵素。基于zeta電位，可以預(yù)測(cè)可能的排斥或吸引，從而闡明在UNCD表面上的固定化機(jī)制。
圖2：Si晶片上經(jīng)過(guò)O2等離子體處理和SF6等離子體處理的UNCD薄膜的Zeta電位與pH的關(guān)系
表1：圖2中未處理和等離子體處理后的UNCD表面zeta電位分析的關(guān)鍵指標(biāo)
靈敏的流動(dòng)電勢(shì)測(cè)量技術(shù)是**用于監(jiān)測(cè)表面活化等離子體處理或沉積方法，并確定各種表面終端或污染的技術(shù).