[發明專利]一種耐摩擦的鉑/石墨烯復合結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201310541304.4
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103569943A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 顧正彬;吳紅艷;張善濤;陳延峰
• 申請（專利權）人: 無錫英普林納米科技有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及一種Pt/graphene耐摩擦復合結構的設計與制備，屬于材料制備技術領域。

背景技術

隨著特征尺度的顯著減小，微機電系統（MEMS）的表面積和體積之比相對增大，表面效應大大增強，然而在普通機械中被忽略了的表面力此時將起主導作用，由此引起的摩擦磨損、表面粘附等問題成為制約MEMS發展的瓶頸。

解決MEMS的潤滑問題，必須以界面上的原子和分子為研究對象，尋找能夠應用于微觀工況條件下的潤滑劑及潤滑手段。石墨材料具有優良摩擦性能，石墨烯材料也是優良的摩擦材料，非常適合應用于MEMS等需要耐磨損的表面，具有重要的應用前景。如何提高石墨烯與耐磨損表面的結合性是亟需解決的關鍵性問題之一。

發明內容

本發明針對石墨烯（graphene）作為耐摩擦材料在MEMS等器件中應用時，石墨烯與MEMS等器件耐摩擦表面結合性不牢等技術難點，提出一種耐摩擦的鉑/石墨烯復合結構及其制備方法。

本發明的復合結構采取如下技術方案：

一種耐摩擦的鉑/石墨烯復合結構，復合結構位于SiO₂/Si襯底上，由石墨烯和金屬鉑的微結構陣列組成，其中所述石墨烯與襯底的SiO₂層接觸，所述金屬鉑的微結構陣列生長在石墨烯的表面。

所述石墨烯的層數為4至10層；所述SiO₂/Si襯底中SiO₂層的厚度為300nm；金屬鉑的微結構陣列的厚度為60至120nm。

進一步地，所述金屬鉑的微結構陣列具體為：大圓柱和小圓柱隔行交錯構成。大圓柱的直徑為150至320μm，小圓柱的直徑為80至200μm。

制備上述復合結構的方法，包括以下步驟：

（1）利用化學氣相沉積方法在銅箔上生長石墨烯材料，石墨烯材料的層數控制在6到10層之間；

（2）利用FeC_l3溶液腐蝕銅箔的方法將石墨烯轉移到SiO₂/Si襯底上；

（3）使用直流磁控濺射方法和掩模版，在石墨烯的表面生長金屬鉑的微結構陣列，即獲得耐摩擦的鉑/石墨烯復合結構。

進一步地，所述步驟（2）在利用FeC_l3溶液腐蝕銅箔之前，先在石墨烯的表面旋涂一層PMMA，所用FeC_l3溶液的濃度為0.5mol/L，腐蝕溫度為室溫。

所述步驟（1）化學氣相沉積方法中，采用三溫區雙管CVD沉積爐，采用的前驅體為甲烷，稀釋氣體包括氬氣和氫氣，這三種材料的純度均≥99.99%。

所述步驟（3）中，直流磁控濺射的功率為200W，時間為15分鐘，金屬鉑的微結構陣列厚度為100nm。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：（1）Pt金屬微結構的設計，結合graphene材料優秀的耐摩擦特性，構成一種具有優良耐摩擦性能的復合結構，適合應用于一些需要耐摩擦的MEMS等器件表面；（2）制備工藝簡單可靠，操作性強、重復率好、成本低廉。

附圖說明

圖1是生長在Cu箔上的石墨烯Raman譜；

圖2是由磁控濺射技術制備的Pt微結構陣列，生長于石墨烯的表面。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明，而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求書限定的范圍。

本例使用的雙管CVD爐生長石墨烯，共有3個溫區，每個溫區可獨立控溫，所用SiO₂/Si襯底購自合肥科晶材料技術有限公司。

（1）購置高純Ar、H₂和CH₄氣體，厚度25μm的銅箔，準備生長石墨烯；

（2）將銅箔裁成30′150mm長的條形，放置于CVD爐中間溫區，封閉后，將CVD生長腔室抽真空至5′10^-3Pa以下；

（3）通入高純Ar+H₂混合氣體，氣體流量分別為200sccm和40sccm，以此過程CVD爐升溫，中間溫區設置溫度為1000℃，兩邊溫區的溫度設置為900℃，升溫時間為90分鐘；

（4）待CVD腔室達到設定溫度后，保持Ar和H₂的流量不變，退火30分鐘。