[發明專利]一種潤滑薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410218285.6
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN103984204A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 李豐;鄧萌萌;石振;楊立梅
• 申請（專利權）人: 蘇州錦元納米科技有限公司;南京豐強納米科技有限公司
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;B81C1/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種薄膜的制備方法，具體涉及一種表面具有微納結構的潤滑薄膜的制備方法。

背景技術

研究表明，在摩擦系統中，摩擦力并不完全與表面粗糙度成正比。例如在機械傳動副中，當滑動部件表面粗糙度達到微納米級或原子級時，摩擦力反而大大增加。而在材料表面制備仿生微結構(包括表面微坑、表面微凸起、表面織構、非光滑表面)可以有效改善滑動表面的摩擦學性能。例如，1991年Ranjan在計算機硬盤盤片的起動停止區采用激光技術加工了由直徑20微米，深10納米左右的凹坑組成的點陣，成功地減小了盤片與磁頭的摩擦，延長了使用壽命；2000年本田公司采用微小陶瓷球高速噴射方法處理活塞的摩擦面，形成隨機分布的凹坑，直徑約200微米，深數微米，呈現出明顯的減摩效果，降低發動機整體機械損失達2.2%。由于減小摩擦、降低磨損從而延長運動部件的工作壽命并提高其運行可靠性的關鍵在感動作用于摩擦副表面的潤滑材料，因此，在摩擦副表面設置潤滑薄膜對于改善性能具有重要意義。

現有技術中，材料表面結構通常采用傳統光刻和激光加工的方法得到。例如，瑞典研究人員U.?Pettersson?and?S.?Jacobson采用標準光刻技術在硅基底上做出微米結構圖案，然后沉積類金剛石薄膜（DLC薄膜），以提高薄膜的韌性、摩擦性能以及潤滑性。法國研究人員C.?Chouquet等人采用激光光刻技術直接在DLC薄膜上制備微結構，以提高摩擦性能。

采用現有技術在薄膜上制備微納結構，需要昂貴的光學系統設備，其制作成本高；由于光刻曝光中的衍射現象，分辨率不能得到良好的解決。因此如何能夠保證薄膜韌性、摩擦性能以及潤滑性，同時又能低成本、高分辨率并且簡單有效地制作薄膜表面的結構，是目前需要解決的問題。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種潤滑薄膜的制備方法，以實現低成本、高分辨率的潤滑薄膜制作，并且可在曲面與不規則的非平面上制備高分辨率的納米結構，從而提高薄膜的韌性、摩擦性能以及潤滑性能。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種潤滑薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)對基底表面上的薄膜層進行預處理，以去除表面灰塵；

(2)在薄膜層上旋涂SU-8光刻膠，加熱后紫外固化，形成中間層；

(3)在中間層上旋涂紫外光固化納米壓印膠，形成紫外光固化納米壓印膠層；

(4)?將軟質壓印模板壓入紫外光固化納米壓印膠層，在紫外燈下曝光，曝光結束后移去軟質壓印模板，所述軟質壓印模板的下表面上設微納結構圖案；

(5)刻蝕去除壓印時殘留的紫外光固化納米壓印膠，露出中間層；

(6)以紫外光固化納米壓印膠層作為掩膜層，刻蝕中間層的SU-8光刻膠，露出薄膜層；

(7)以紫外光固化納米壓印膠層和中間層作為掩膜，刻蝕薄膜層，在薄膜層上形成微納結構；

(8)去除紫外光固化納米壓印膠層和中間層，獲得所需潤滑薄膜。

上文中，所述基底的表面可以是平面或者曲面。SU-8光刻膠是一種環氧型的、近紫外光負光刻膠，它基于環氧SU-8樹脂（來源于橡膠工業）。由于平均一個分子中含有8個環氧基而得名。SU-8光刻膠在近紫外光范圍內光吸收率低，這使得它在整個光刻膠厚度上都有較好的曝光均勻性，因而特別適合于在厚的底層上需要高深寬比的應用。

上述技術方案中，步驟(1)中，所述預處理為氮氣吹掃，吹掃時間為30～120秒。氮氣采用99.999%的高純氮氣。

優選的技術方案，中間層的厚度為300～1000納米，紫外光固化納米壓印膠層的厚度為100～300納米。

上述技術方案中，采用氣體刻蝕法，所述紫外光固化納米壓印膠層的刻蝕氣體為氧氣與三氟甲烷的混合氣體，氧氣與三氟甲烷的體積比為4∶1；所述中間層的刻蝕氣體為氧氣。

優選的技術方案，所述薄膜為類金鋼石薄膜，步驟(7)中，薄膜的刻蝕采用氣體刻蝕法，刻蝕氣體為氧氣與三氟甲烷的混合氣體，氧氣與三氟甲烷的體積比為1∶1。

基于相同的構思，實現本發明的目的也可以采用先在基底上制備微納結構，再沉積薄膜的方法。具體方案是：

一種潤滑薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)對基底表面進行預處理，以去除表面灰塵；

(2)在基底上旋涂SU-8光刻膠，加熱后紫外固化，形成中間層；

(3)在中間層上旋涂紫外光固化納米壓印膠，形成紫外光固化納米壓印膠層；