[發明專利]一種表面具有高致密納米金剛石薄膜的工件及一種高致密納米金剛石薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201710470374.3
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN109097754A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 唐永炳;王陶;黃磊
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發明提供了一種高致密納米金剛石薄膜的制備方法，包括：將工件基體進行表面預處理，使其表面帶正電或負電；將賴氨酸加入到水中，得到賴氨酸溶液，再向賴氨酸溶液中加入納米金剛石粉，超聲分散后得到納米金剛石顆粒表面帶正電或負電的納米金剛石懸濁液；將經表面預處理后的工件基體浸入到與工件基體帶相反電荷的納米金剛石懸濁液中，超聲震蕩，使納米金剛石顆粒吸附在工件基體表面；吸附完成后，取出工件基體，清洗并經氮氣吹干后，采用化學氣相沉積設備在工件基體上生長金剛石薄膜。該方法可實現在復雜工件上進行大面積納米級厚度的高致密金剛石薄膜的制備，薄膜質量高，結合力強，且工藝簡單，成本低，在納米機電系統中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及納米金剛石技術領域，特別是涉及一種表面具有高致密納米金剛石薄膜的工件及一種高致密納米金剛石薄膜的制備方法。

背景技術

金剛石薄膜由于其高熔點、高熱導率、高硬度、絕緣性好、抗腐蝕性強、介電常量小，具有寬帶隙半導體特征及化學穩定性好等特性，使其在耐磨涂層、生物醫學、薄膜微傳感器、納米機電系統等眾多高新技術領域具有廣闊的應用前景。目前為了獲得高質量金剛石薄膜，通常使用金剛石納米粉對基體進行涂覆預處理以提高金剛石薄膜在不同基體材料形核密度，然而如何讓金剛石納米粉均勻地涂覆在基體表面，且不受基體形狀尺寸的限制是一大難題。另外，在納米機電系統中，薄膜的厚度需要控制在納米級，這就對預處理所需的納米金剛石粉在水溶液中的分散性提出了更高的要求，如何控制納米金剛石粉在對沉積基體預處理過程中不發生團聚是目前納米金剛石粉應用于金剛石薄膜形核生長的另一大難題。

目前為了制備出高致密的金剛石薄膜，通常的方法包括研磨法、水沖擊法、偏壓增強形核法、酸蝕法等，這些方法雖然可以在一定程度上增加金剛石薄膜的前期形核過程，但是其增強作用有限，且仍然無法解決在復雜的微納米工件上進行大面積納米級高致密納米金剛石薄膜的制備。因此，有必要提供一種高致密納米金剛石薄膜的制備方法，以實現在形狀復雜的微納米工件上制備出高致密的納米級厚度的金剛石薄膜，薄膜質量高，且與基體之間具有較強的結合力。

發明內容

鑒于此，本發明提供了一種高致密納米金剛石薄膜的制備方法，以解決現有技術難以在復雜形狀的微納米基體上進行大面積納米級厚度金剛石薄膜制備，制備出的薄膜缺陷多，結合力較差的問題。

第一方面，本發明提供了一種高致密納米金剛石薄膜的制備方法，包括以下步驟：

取工件基體，將所述工件基體進行表面預處理，使所述工件基體表面帶正電或負電；

將賴氨酸加入到水中，得到賴氨酸溶液，再向所述賴氨酸溶液中加入納米金剛石粉，超聲分散后得到納米金剛石顆粒表面帶正電或負電的納米金剛石懸濁液；

將經表面預處理后的工件基體浸入到與所述工件基體帶相反電荷的納米金剛石懸濁液中，超聲震蕩，使所述納米金剛石懸濁液中的納米金剛石顆粒吸附在所述工件基體表面；

吸附完成后，取出所述工件基體，清洗并經氮氣吹干后，采用化學氣相沉積設備，在所述工件基體上生長金剛石薄膜。

本發明在納米金剛石懸濁液中加入賴氨酸作為分散劑，在賴氨酸的作用下，納米金剛石顆粒可以在溶液中均勻分散、穩定懸浮，水合粒徑在較小范圍，有效解決納米金剛石粉的團聚、沉降問題，而且由于賴氨酸分子中具有兩個氨基，因此使得金剛石粉表面電荷狀態及數量容易控制，通過調節溶液pH值即可得到金剛石顆粒表面帶不同電性的納米金剛石懸濁液，將該納米金剛石懸濁液用于靜電吸引種植晶種于基體制備高致密納米金剛石薄膜時，可解決金剛石在異質基體表面形核密度低的問題，有效提高金剛石薄膜的形核密度，且上述的過程中不會引入雜質，從而可獲得缺陷密度低，結合力強的高致密納米金剛石薄膜。