[發明專利]具有多級次微納結構的金剛石薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811550987.9
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN111334777B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 唐永炳;王陶;李星星;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;C23C16/44
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 吳乃壯

本發明公開了一種具有多級次微納結構的金剛石薄膜及其制備方法和應用，涉及金剛石薄膜技術領域。金剛石薄膜包括自基體表面依次向外形成的非連續的微米尺寸金剛石島，以及由連續的納米尺寸金剛石晶粒構成的納米金剛石膜層，形成具有類荷葉乳突體的多級次微納結構。其制備方法包括以下步驟：先在基體上進行低密度植晶，并通過熱絲化學氣相沉積法進行一次生長金剛石；再在一次生長金剛石薄膜上進行高密度植晶，并通過熱絲化學氣相沉積法進行二次生長金剛石。本發明的金剛石薄膜具有類荷葉乳突體的多級次微納結構，形成仿生超疏水表面，不僅疏水性和自清潔能力強，而且耐腐蝕、壽命長。制備方法容易獲得、適用性強，工藝簡單、穩定，適合工業化生產。

技術領域

本發明涉及金剛石薄膜技術領域，具體而言，涉及一種具有多級次微納結構的金剛石薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

近前來，金剛石薄膜表面的潤濕性倍受關注，因為潤濕性能直接影響其在化學、生物、醫藥等領域的應用，尤其在宏觀或微觀器件的使用中，亟需親水或超疏水的金剛石薄膜。例如，某些生物傳感器需要親水表面來促進細胞在探頭上的吸附；相反，在海水、血液、機械沖擊磨損等惡劣環境下工作的器件表面需要被保護，用超疏水的表面防化學腐蝕、防生物污損和抗機械磨損，例如抗血栓的人工支架、人工關節、深海精密探測器件、微流體器件等等。與其他高分子、金屬、陶瓷材料相比，金剛石的硬度最高、抗磨損性能最佳、熱導率最高、具有極強的化學惰性、化學性質穩定和生物相容性，是理想的親水/超疏水材料。因此，如何有效控制金剛石的親水/超疏水性能成為亟待解決的問題。

一般來說，改變表面的親疏水性可通過兩種方法，一是對金剛石表面進行化學改性，包括氫化、氧化、氟化處理等，二是通過改變金剛石表面的微米納米形貌，往往采用等離子體刻蝕金剛石涂層的方法，需要等離子體反應刻蝕(RIE)真空設備以及金做為掩膜，過程復雜，價格昂貴。

現有技術中，論文Langmuir 30(2014)12647.采用等離子體刻蝕法在金剛石表面形成微米/納米柱陣列的結構，接觸角達153°；論文Journal of Materials Chemistry 20(2010)10671，通過離子刻蝕的方法將金剛石涂層刻蝕成表面呈納米針狀陣列，然后進行表面氟化處理，使接觸角最高達到160°；論文Applied Surface Science 346(2015)189，采用熱處理方法處理自支撐金剛石，得到針狀結構，并經過后續氫等離子體處理，得到最高接觸角109°；論文Carbon 139(2018)361首先采用光刻和反應離子刻蝕工藝將硅基體刻蝕成支柱狀結構，然后沉積致密的納米金剛石薄膜，然后進行氟等離子體處理，最高接觸角達174°。但這些制備超疏水金剛石的技術一般都需要采用反應離子刻蝕設備(RIE)制備針/柱狀納米結構，即先制備出致密的金剛石薄膜，再采用金或其它金屬做為掩膜，通入CF₄、O₂、H₂等反應氣體，產生等離子體，具有耗時長，工藝復雜，且RIE設備昂貴等缺陷。

因此，所期望的是提供一種超疏水金剛石薄膜及其制備方法，其能夠解決上述問題中的至少一個。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種金剛石薄膜，具有類荷葉乳突體的多級次微納結構，達到超疏水的效果。

本發明的目的之二在于提供一種上述金剛石薄膜的制備方法，采用化學氣相沉積技術，依次經過低密度和高密度植晶獲得，適用性強，容易制得，成本低，操作簡單，工藝穩定，適合工業化生產。

本發明的目的之三在于提供一種上述金剛石薄膜或上述金剛石薄膜的制備方法制備得到的金剛石薄膜在防化學腐蝕、自清潔、抗機械磨損或油水分離中的應用。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：