[發明專利]一種嵌入碳洋蔥的超滑超薄碳涂層制備方法

有效

• 申請號: 201910560502.2
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110257796B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 王永富;張俊彥;張激揚;楊興;孫朝杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 李艷華

本發明涉及一種嵌入碳洋蔥的超滑超薄碳涂層制備方法，包括以下步驟：⑴Si襯底放入由30%H₂O₂和98%H₂SO₄配成的溶液中，于100℃煮30~50min，得到活化的Si襯底；⑵將溶質N’?[3?（三甲氧基硅基）?丙基]三乙烯三胺通過機械攪拌混入丙酮?水的混合溶液中，得到TA溶液；⑶活化的Si襯底放入TA溶液中浸泡，得到浸泡后的Si襯底；⑷碳洋蔥顆粒分散到有機溶劑內，隨后放入浸泡后的Si襯底浸泡，得到二次浸泡的Si襯底；⑸將二次浸泡的Si襯底取出，經脫水后真空加熱，得到帶有碳洋蔥顆粒的Si襯底；⑹帶有碳洋蔥顆粒的Si襯底利用PECVD設備在碳洋蔥顆粒表面沉積類金剛石薄膜即得。本發明方法簡單，易于實現，所制備的超滑超薄碳涂層在機械運動系統減磨抗磨的環境中具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明涉及真空鍍膜及表面工程技術領域，尤其涉及一種嵌入碳洋蔥的超滑超薄碳涂層制備方法。

背景技術

減小摩擦、降低磨損和延長運動部件的工作壽命是在機械運動系統中摩擦學科主要任務。進一步實現減摩抗磨和延壽，將滿足機械系統不斷提升的高精度、高可靠性和長壽命要求，以及符合日益嚴格環保政策。超滑指兩個滑動接觸表面之間摩擦系數小于或等于0.01，或者達到10^-3量級。通常，鋼材質與鋼材質對摩的摩擦系數為1.0左右，潤滑油的摩擦系數在0.05左右。因此，實現超滑將從根本上解決上述問題。挖掘新型超滑材料和開發超滑技術日益成為在機械工業應用中節能減排主要途徑和方向。

固體超滑指在兩個滑動接觸表面之間直接接觸實現的超滑現象。現階段固體超滑的研究主要集中在以石墨烯為代表的結構性超滑，和以類金剛石薄膜為代表的無序固體界面的超滑。現階段固體超滑的發展已經到了從基礎到應用的關鍵階段，它的主要任務是實現更大尺寸的穩定固體超滑。

目前，將以石墨烯為代表的結構性超滑從微納尺度擴展到宏觀尺度主要途徑是在兩個滑動接觸表面之間引入納米顆粒或納米凸起。美國Argonne國家實驗室berman等將類金剛石顆粒表面引入石墨烯小片與類金剛石薄膜之間，巧妙地將減小有效接觸面積與形成非公度表面結合起來，實現宏觀尺度的固體超滑。中國雒建斌院士團隊采用在二氧化硅表面沉積石墨烯實現在兩個滑動接觸表面之間引入納米凸起，從而形成非公度接觸而實現更大尺寸的穩定固體超滑。但引入納米顆粒或納米凸起的主要途徑面臨的主要問題是加入的納米金剛石會引起機械常用表面的嚴重磨損，且其在高濕度下失效。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種方法簡單、易于實現的嵌入碳洋蔥的超滑超薄碳涂層制備方法。

為解決上述問題，本發明所述的一種嵌入碳洋蔥的超滑超薄碳涂層制備方法，包括以下步驟：

⑴將Si襯底放入由體積濃度30%H₂O₂和體積濃度98%H₂SO₄按照3：7的體積比配成的溶液中，并通過熱敏電偶控制溫度，于100℃煮30~50min，得到活化的Si襯底；

⑵將溶質N’-[3-（三甲氧基硅基）-丙基]三乙烯三胺（N’-[3-（Trimethoxysilyl）-propyl]driethylenetriamine,tech (TA)）通過機械攪拌混入丙酮-水的混合溶液中，得到濃度為1~4mmol/L 的TA溶液；

⑶將所述活化的Si襯底放入所述TA溶液中浸泡30~50min，得到浸泡后的Si襯底；

⑷將純度為95.0~99.7%的碳洋蔥顆粒按1：10~20的質量體積比分散到有機溶劑內，隨后放入所述浸泡后的Si襯底，繼續浸泡30~50min，得到二次浸泡的Si襯底；

⑸將所述二次浸泡的Si襯底取出，經干燥氮氣脫水后置于真空加熱爐內，在惰性氣體保護下真空加熱，得到帶有碳洋蔥顆粒的Si襯底；