金刚石膜由人工合成，有TCVD和PCVD两大类制备方法，从紫外到红外频带里均有较高的光学透射率，类金刚石膜与其性能相似，是一种新型薄膜材料，制备方法分为PVD和CVD两大类。金刚石膜及类金刚石膜作为光学涂层的应用前景非常好，可应用于红外光学窗口、透镜涂层、在线监测和控制仪器的光学元件涂层。不同制备方法制成的材料成分、结构、性能有所不同，当前正处于工业化技术发展和完善阶段。
1.自支撑金刚石膜的光学应用
光学级别自支撑金刚石膜透光性、耐热冲击性、耐久性、抗腐蚀性等方面性能优异，能够抵挡超音速飞行下产生破坏，适应高速气流、雨水和尘埃腐蚀、温度骤变等恶劣环境条件，常应用于钝头体形状飞行器的头罩窗口，是综合性能较强的理想窗口材料。在化学气相沉积金刚石膜技术领域中，采用微波PCVD方法，可制备出直径50mm和膜厚300μm的大尺寸光学级透明自支撑金刚石膜，广泛应用于窗口和球罩。金属探测器中采用了直径18.2mm和厚度2.8mm的天然金刚石窗口，还可用自支撑金刚石膜替代砷化镓、硒化锌，作为保护膜应用于高功率CO2激光窗口。当前自支撑金刚石膜窗口的X射线探测仪极为先进，可探测到铍窗口无法探测到的硼、碳等轻元素发出的X光谱线，可将其作为X光显微镜、荧光探测仪的制备材料，广泛应用于生物医学、天文、工业检测等领域中。
2.硅片镀金刚石膜的光学应用
硅片镀金刚石膜可明显提高红外探测器灵敏度，采用多孔硅、C60涂覆、高浓度CH4预沉积三种基板统一处理方法，以及离子束抛光、类金刚石膜涂覆、光学焊接三种处理表面方法，攻克了金刚石膜表面粗糙和光学散射损失大的技术困难，成功制备出了光学镜面级别的表面金刚石膜。科研人员不断制备研发，利用热丝化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、离子束辅助沉积法、射频等离子体辉光放电化学气相沉积(RF-PECVD)法、真空阴极电弧沉积法、飞秒激光沉积法等，在硅片上镀制了类金刚石膜。将类金刚石膜应用于硅太阳能电池的增透膜和保护膜，低压气相合成的金刚石膜，也可应用于导弹拦截器窗口中，单面或者双面在硅片上镀金刚石膜，能够分别增加透过率13%和26%，提高窗口高速大气飞行下的承受性能，避免飞行光学效应引发窗口发射问题。在金刚石膜制备方法不断优化过程中，2.5～15m波段透过率可达60%，2500～3000m波段提升到64%。
3.锗片镀类金刚石膜的光学应用
锗在8～12mm波段的工作系统中具有显著的制备材料应用优势，在潜艇潜望镜的观察窗口上镀类金刚石膜，能够有效实现窗口保护，避免锗被海水腐蚀。由于类金刚石膜与锗的折射率相符，将其应用到锗光学元件上可起到抗腐蚀作用，增加元件使用寿命，因此锗片镀类金刚石膜广泛应用于潜水艇、导弹等窗口上。采用非平衡磁控溅射法，成功在锗衬底上制备了厚度为290nm的类金刚石膜，增透和保护效果明显，具备良好的耐摩擦性，且表面光滑，在2000红外波段中的增透效果极佳，摩擦系数明显大幅度小于其他类型的保护薄膜，锗表面单面镀类金刚石膜后光透性可达75%，双面增加镀层后光透性可达95%。科研人员采用射频等离子体辉光放电化学气相沉积法、分解甲烷技术等，制备出了抗恶劣环境能力强、增透效果好的锗片镀类金刚石膜，成功实现了宽带红外增透，可防止滤光片吸潮和膜层氧化，推广应用价值巨大。
4.玻璃保护方面的光学应用
类金刚石膜因其抗磨损的薄膜特性，在玻璃保护方面具有广泛的光学应用前景，且使用寿命超长，应用领域向着工业和生活方向发展。手表玻璃上将类金刚石膜作为防划花保护膜，采用飞秒激光器、RF-PECVD法、超短脉冲激光沉积法、微波等离子体化学气相沉积法、介质阻挡放电化学气相沉积法、磁约束增强射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积法等制备技术，可成功在玻璃上制备金刚石膜及类金刚石膜。镀保护膜后的玻璃可见光区波长范围内的透过率明显提升，可制备大面积类金刚石膜，抗磨损性能高于蓝宝石玻璃。在智能手机、平板电脑等触摸屏电子产品中，常用0.7mm的钠钙玻璃、硅玻璃、硼硅玻璃作为电子产品的玻璃盖板触摸屏的最外层保护元件，以满足其高透光率、抗划伤、抗冲击、轻便性等性能方面的要求。相比于价格昂贵的蓝宝石材料，在玻璃上镀一层高硬度的类金刚石膜效果更加，可有效节约成本，增强玻璃的抗腐蚀性和耐划伤性，同时延长玻璃在恶劣环境下的使用寿命。
5.硫化锌保护方面的光学应用
红外技术在现代化武器装备、工业等诸多领域占有重要地位，并且红外窗口和头罩是红外技术中的核心部件之一，特别是在红外中8～12mm波段，要求部件材料具备光学、化学、机械等特性，对材料性能要求极高，此波段能够应用的高速窗口材料当下非常稀少。硅和锗镀膜均不太适合此波段的高性能要求，在高速飞行的环境下，易产生表面高温，光透射率也会受到不良影响，而硫化锌镀金刚石膜能够满足此环境下的材料性能要求，正常使用不受影响。硫化锌在红外中3～5um中波和8～12um长波的波段，透过率均较高，且制备工艺较为成熟，可应用于不同尺寸的光学窗口和头罩中，是当下最为理想的红外窗口和头罩制备材料。但是硫化锌材料在强度、硬度、耐雨蚀等性能方面存在技术缺陷，无法有效保护热成像系统，容易在高速飞行中受雨水、尘埃、冰雹等恶劣环境侵蚀，而限制了硫化锌材料在红外技术中的应用范围。
结语：金刚石膜及类金刚石膜对红外材料具有良好的增透和保护作用，其抗磨损和腐蚀、抗潮解和氧化等性能，使其在光学应用领域占据重要地位。类金刚石膜相比于金刚石膜更加轻薄，且在沉积过程中折射率具备可调性。在高速飞行、天气恶劣、重摩擦等极其恶劣环境条件下，二者成为主要选择材料。虽然当下国内外制备方法大多十分成熟，但是在性能上仍有较大提升空间，还需科研人员不断努力，向光学镜头永不磨损的理想领域前进。
参考文献：
[1]熊礼威,彭环洋,张莹,等.类金刚石薄膜的摩擦性能及其应用[J].表面技术,2016,45(1):9.
[2]曹倩雯.金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展[J].智库时代,2019(33):2.
