材料的新型“隐形”机理

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传统的蒸镀以及溅射镀膜均主要利用中性粒子成膜，膜层粒子到达基片时的速度较低，因此会产生诸如：沉积速率低、膜层附着力差、膜层不致密等问题。而离子镀技术则很好地解决了这些问题。

维也纳科技大学通过计算证明，局部放大或吸收光的材料中存在令人惊讶的新型光波。

       

当光线穿透材料时往往会发生剧烈的变化，原因在于光的散射和衍射会引起波的叠加，从而导致材料内部形成明亮光点与较暗光点的复杂模式。对于某些特定的高新材料，局部增强或吸收光则能被完全抵消。目前维也纳科技大学的研究表明，这些高新材料能够在材料内部产生相同光强的新型光波，犹如根本没有产生波干涉一样。由于其与众不同的性能，这些新晋的波动方程将会对技术应用产生非常积极的影响。

当光线通过自由空间，光的强度不会发生改变，然而一旦传播路线上有障碍，衍射现象便会发生。然后在空间点的某些位置光波会得到加强，而其他一些位置会减弱，这也就是我们之所以能够看见自身不发光的物体。然而近些年越来越多的实验室研究出能够修改光线的新材料：比如能够如激光一样局部增强光线，或与太阳镜一样吸收光线。维也纳科技大学教授Stefan Rotter表示：“如果这种方法可能，我们就不得不运用一个数学方程描述这种光波，这显然与我们在平常透明材料的光波不同。在这种情况下，我们称为非厄米媒介。”

维也纳科技大学的Konstantinos和Stefan，以及来自美国佛罗里达州的 Ziad和Demetrios发现这种新描述让各种不同的新方案去适合这个波动方程。Konstantinos说：“即使当光线通过一个高度复杂的结构材料时，在空间任意格点的亮度相当，类似自由空间内的光波。从某种意义上讲，即使光线穿过材料并与之反应，但材料是完全不可见的。”

这一新概念让人回想起所谓的近年来被创造的“超材料”，它具有特殊的结构，以至于光的衍射不同于普通材料。毫无疑问这些特殊结构能够弯曲物品周围的光线，使物体不可视，就像哈利波特的隐形斗篷。 Stefan Rotter说：“然而与非厄米材料原理相比，我们的理论截然不同。光线并非弯曲在物体周围，而是完全地穿过物体。材料影响波的方式完全被仔细调节放大和吸收之间的相互作用所取缔。”最后，在每一个空间格点上，光线通过材料与没有通过物体的光线一样明亮。

尽管科学家早已致力于这方面的研究，但在这些材料能够常规制造之前，依然有很多技术问题需要解决。然而，关于这个方面的理论著作已经出版，Konstantinos总结道：“目前我们的工作已然打开了一扇大门， 我相信在以后还会有很多意料之外的新见解出现。”

离子镀技术最早由D. M. Mattox于1963年提出并付诸实践的。其原理是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其他反应物镀在基片上的工艺。

根据膜层粒子的获得方式，离子镀可分为蒸发型离子镀和溅射型离子镀，其中蒸发型离子镀根据放电原理不同又可分为直流二级型离子镀、热丝弧离子镀、空心阴极离子镀以及热阴极离子镀等。直流二级离子镀，是稳定的辉光放电；空心阴极离子镀与热丝弧离子镀，是热弧光放电，产生电子的原因均可简单概括为金属材料由于被加热到很高的温度，导致核外电子的热发射；阴极电弧离子镀的放电类型与前面几种离子镀的放电类型均不相同，它采用的是冷弧光放电。

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在众多离子镀膜技术中阴极电弧离子镀可谓是其中的集大成者，其目前已经逐步发展为硬质薄膜领域的主力。它采用冷弧光放电，膜层粒子离化率在众多PVD镀膜技术中最高。下面小编将结合阴极电弧离子镀示意图简要介绍其工作原理。

首先，带有正电位的引弧针（阳极）靠近带有负电位的靶材（阴极），阴阳两极距离足够小时，两极间的气体会被击穿，形成弧电流，这与电焊的引弧相类似。以上图为例，此时，部分N2发生离化，形成氮的阳离子以及电子。

受到电场力的吸引，接下来氮的阳离子会向飞向阴极即靶材附近，而电子则会飞向引弧针，但是由于离子的质量远远大于电子，因此在受到相同电场力的情况下，电子的移动距离会大于阳离子的移动距离，于是当电子到达阳极时，离子将不会到达阴极靶面，而是在距离靶面较近的位置处富集，形成正离子堆积层，如下图所示。

阳离子与阴极靶面的距离很小，可达微米级。根据E=U/d，可知此时空间中的电场强度极高，这种极强的电场会把靶材中的电子“扯”出来。被“扯”出的电子从阴极靶面飞向正离子堆积层，形成电流，堆积层与靶面被导通，于是在靶面附近产生电弧。

电弧会使靶材发生蒸发，同时正离子会被阴极靶面吸引，使得正离子轰击靶表面，产生溅射。由于不论蒸发还是溅射出的膜层粒子都需要经过正离子堆积层，如下图所示，并且在其飞出阴极靶面的过程中，膜层粒子会受到靶面处电弧的作用，因此到达工件处的粒子绝大多数为离子态。

工件处一般会加有负偏压，于是正离子受到电场力作用飞向工件，并对工件产生轰击，这种轰击会提高膜层的附着力，并使得磨蹭致密，这对于改善膜层质量是十分有益的。