[發明專利]在玻璃基片表面磷酸基硅烷-氮化鈦復合薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200910048386.2
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101508531A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 安雙利
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: C03C17/42
• 分類號: C03C17/42
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種納米復合薄膜的制備方法，具體涉及一種在玻璃基片表面磷酸基硅烷—氮化鈦復合薄膜的制備方法。

背景技術

現代機械科學的發展出現機電一體化、超精密化和微型化的趨勢，許多高新技術裝置的摩擦副間隙常處于納米量級，由于微型機械受到尺寸效應的影響，故微摩擦磨損和納米薄膜潤滑已成為關鍵問題，目前可以通過自組裝方法在單晶硅基片表面制備自組裝膜，來改善單晶硅基片表面的減摩抗磨性。與其它的制備薄膜技術相比，自組裝薄膜技術具有可操作性、適應性強，具有廣泛的應用前景，自組裝薄膜的摩擦性能的研究已經成為摩擦學領域的前沿課題之一。

氮化鈦具有奇特的電學性能、超強的力學性能、很好的吸附性能，因而在材料領域引起了極大重視。但是，氮化鈦徑向的納米級尺寸和高的表面能導致其容易團聚，分散性較差，降低了氮化鈦的有效長徑比。此外，氮化鈦在絕大部分溶劑中不溶，濕潤性能差，很難與基底形成有效粘結。為了提高氮化鈦的分散性并增加其與基底界面的結合力，必須通過對氮化鈦的表面改性及基底表面組裝活性基團等方法，來提高氮化鈦與基底表面之間的界面結合程度，獲得摩擦學性能良好的復合膜。

經文獻檢索發現，公開號為CN1358804A的中國發明專利，介紹了一種固體薄膜表面脂肪酸自組裝單分子超薄潤滑膜的制備方法，這種方法是在固體表面自組裝一層脂肪酸的單分子層。選取易吸附于固體表面的脂肪酸，配制成稀溶液，將制得的陶瓷膜迅速浸入配置好的脂肪酸稀溶液于室溫下反應24～48分鐘。該方法在制備自組裝薄膜的過程中需要24～96小時的時間來配制前驅體溶液，這樣使得整個的成膜周期過長，而且在基片處理的過程中沒有涉及到具體方法。

發明內容

本發明公開一種在玻璃基片表面磷酸基硅烷—氮化鈦復合薄膜的制備方法，其目的在于克服現有的制備自組裝薄膜過程成膜周期過長的弊端，本發明不但制備周期短，制備工藝簡單，而且自組裝成的復合薄膜具有良好的減摩性能。

為實現這一目的，本發明的技術方案中，采用表面經過羥基化的玻璃基片作為基底材料，在其表面采用自組裝方法制備氨基硅烷薄膜，然后在適當的反應條件下將氨基硅烷薄膜表面的氨基官能團氧化成磷酸基官能團，再用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)氮化鈦分散液在硅烷表面制備含有氮化鈦的復合薄膜。

在玻璃基片表面磷酸基硅烷—氮化鈦復合薄膜的制備方法，其特征在于按如下步驟進行：

A)將玻璃基片置于體積比98％濃硫酸:30％?H₂O₂＝1:1的溶液中于室溫下處理1小時，再用去離子水超聲清洗20分鐘，放在一個防塵裝置內在烘箱中干燥；

B)將處理后的玻璃基片浸入配制好的氨基硅烷溶液中，靜置12小時，取出后分別用無水甲醇、去離子水沖洗，然后用氮氣吹干置于含有三氯氧化磷和2，3，5—三甲基吡啶的氰化甲烷溶液中反應20分鐘，取出后用去離子水沖洗，得到表面附有磷酸基團的薄膜基片。

C)再將氮化鈦在室溫下按0.05～0.15mg/ml放入N，N-二甲基甲酰胺分散劑，40W超聲波分散2～6小時，得到穩定的氮化鈦懸浮液；

D)將表面附有磷酸基團的薄膜基片浸入制備好的氮化鈦懸浮液中，在20～60℃靜置4～16小時，取出用大量去離子水沖洗，沖洗后用氮氣吹干，這樣就得到表面沉積有改性氮化鈦復合薄膜的玻璃基片。

所述的氨基硅烷溶液中氨基硅烷的的體積百分比為0.5～2％，溶劑為無水甲醇。

所述氰化甲烷溶液的組分體積百分比為：三氯氧化磷15～25％，2，3，5—三甲基吡啶15～25％，氰化甲烷50～70％。

本發明在羥基化的玻璃基片上自組裝磷酸基硅烷—氮化鈦復合薄膜，由于玻璃基片表面已經進行羥基化處理，氨基硅烷分子中含有可水解的活性基團，能夠通過化學建Si—O與具有活性基團Si—OH的基底材料相結合，在基底表面形成一層帶有氨基基團的硅烷自組裝薄膜；將表面組裝了氨基硅烷的基片置入含有三氯氧化磷和2，3，5—三甲基吡啶的氰化甲烷溶液中，靜置一段時間后，薄膜表面將組裝上磷酸基團。再將其置入氮化鈦懸浮液后，基片表面將沉積氮化鈦。

本發明的優點和積極效果是：采用本發明方法不但制備周期短，制備工藝簡單，而且在玻璃基片表面制備的氮化鈦復合薄膜具有十分明顯的減摩和抗粘著作用，并且還具有良好的抗磨損性能，有望成為微型機械理想的邊界潤滑膜。

具體實施方式

以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似方法及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。

實施例1：