脉冲高能量密度等离子体是一项全新的等离子体材料表面处理和薄膜制备技术。文章主要介绍了作者近几年来在这方面的研究成果。从理论和试验上研究了脉冲高能量密度等离子体的产生机制及其物理性质。研究了脉冲等离子体与材料相互作用的基本物理现象和物理机制。诊断测量表明，脉冲等离子体具有电子温度高（10-100eV）、等离子体密度高（1014-1016cm-3）、定向速度高（～107cmPs）、功率大（104WPcm2）等特点。在制备薄膜时具有沉积速率高，薄膜与基底粘结力强，并兼有激光表面处理、电子束处理、冲击波轰击、离子注入、溅射、化学气相沉积等综合性特点，可以在室温下合成亚稳态相和其他化合物材料。在此基础上，系统地进行了脉冲等离子体薄膜制备和材料表面改性及其机理的研究。在室温下的不同材料衬底上成功地沉积了性能良好的较大颗粒立方氮化硼、碳氮化钛、氮化钛、类金刚石、氮化铝等薄膜材料。沉积薄膜和基底之间存在一个很宽的过渡层，因此导致薄膜与基底有很强的粘结力。经脉冲等离子体处理过的金属材料表面性能得到了极大改善。

在室温条件下，用磁过滤等离子体装置在单晶硅基底上制备了纳米结构TiN薄膜。分析了薄膜的表面形貌、晶体结构，测量了TiN薄膜的硬度，研究了基底偏压对薄膜结构性能的影响。结果表明，用此方法制备的TiN薄膜表面平整光滑，颗粒尺寸为50～80nm；随着基底偏压的增大薄膜发生（111）面的择优取向。随着偏压的提高，薄膜的颗粒度稍有增大，摩擦系数增大，偏压提高，晶面在较密排的（111）面有强烈的择优取向，硬度也有所增大。在其它条件相同的情况下载荷越大，摩擦系数越大。不起用磁过滤等离子体法制备的纳米结构TiN薄膜具有较低的摩擦系数（0.14～0.25)。

利用自行研制的磁过滤等离子体设备，在室温条件下的不锈钢基底上成功地制备了性能良好的纳米结构TiN薄膜。运用原子力显微镜和X射线衍射仪对其结构和形貌进行了表征。利用纳米硬度仪测量了TiN薄膜的硬度和弹性模量。结果显示：沉积的TiN薄膜表面非常平整光滑，致密而无缺陷；硬度远高于粗晶TiN的硬度；TiN晶粒尺寸在30～50nm；沉积过程中在基底上施加的负偏压会影响纳米结构TiN薄膜的结构和性能。

High-quality titanium nitride (TiN) films with nano-structure were prepared at ambient temperature on (111) silicon substrates by filtered cathodic arc plasma (FCAP) technology with an in-plane "S" filter. The effects of substrate bias and argon flux on the crystal grain size, roughness and preferred orientation were systematically investigated. It was found that the substrate bias and argon flux can affect the properties of TiN films effectively. Transmission electron microscope images showed that the crystal grain size was uniform and ranged from 10nm to 5nm. The results of X-ray diffraction and electron diffraction indicated that the degree of preferred orientation was more evident under high substrate bias and high argon flux.

The effect of annealing on the electrochromic (EC) properties of nickel oxide (NiOx, x>1) films prepared by reactiverf sputtering is studied with electrochemical measurements, optical transmittance analysis, scanning tunneling microscope (STM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Research results show that EC properties of NiOx films can be changed greatly by annealing. The mechanism for the change of electrochromic properties was discussed in details.