[發明專利]一種基于納米粒子修飾的金剛石薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202011387882.3
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112647056A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 滿衛東;朱長征;龔闖;吳劍波;蔣劍宏;蔣梅榮
• 申請（專利權）人: 上海征世科技有限公司
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C23C14/35;C23C14/16;C23C16/27;C23C16/56;C23C18/08
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 王文娟

本發明公開了一種基于納米粒子修飾的金剛石薄膜及其制備方法。所述納米粒子修飾的金剛石薄膜以硅基材料、金屬材料或者復合材料為基底，在基底上表面濺射金屬Ni作為過渡層；在過渡層表面通過化學氣相沉積法，合理優化氫氣、氬氣和甲烷氣體的流量、氣體壓強、基底溫度、沉積時間，使膜基上的附著力增強。最后對制備的金剛石薄膜表面進行化學腐蝕，并涂覆納米二氧化鈦粒子，改善金剛石薄膜表面疏水性能和自清潔性能。本發明制備的金剛石薄膜可以，本發明制備的金剛石薄膜，可廣泛應用于機械、工模具、刀具、汽車、電子、光學、裝飾外觀保護，如手表外殼、首飾配件、手機外殼等領域。

技術領域

本發明涉及金剛石薄膜技術領域，具體為一種基于納米粒子修飾的金剛石薄膜及其制備方法。

背景技術

金剛石薄膜具有優異的拋光性能，而納米金剛石薄膜具有更光滑的表面和更低的摩擦系數，摩擦系數可小于0.05,采用納米力學探針測量的顯微硬度高達8000kg/mm2，幾乎稱得上“永不磨損”，因而納米金剛石薄膜在電子學、摩擦磨損、微機電系統、場發射、光學以金剛石是具有優良的力學、電學、熱學和光學等特性于一體的材料，如具有最大的楊氏模量，最高的熱導率，最高的禁帶寬度，最低的介電常數等。這些優異的物化特性使得金剛石在高科技領域具有廣闊的應用前景。

目前，制備金剛石薄膜的工藝主要分為：(1)離子束沉積(IBD)，是指離子源生成的碳離子經質量分析磁場后單一價態的碳離子沉積在襯底上形成類金剛石薄膜，可獲得大離子電流、排氣能力強,可排除含氫的所有氣體。(2)濺射沉積(RFS and MS)，是指利用射頻振蕩或磁場激發的氫離子轟擊固體石墨靶，形成濺射碳原子(或離子)，從而在基材表面沉積類金剛石薄膜，這種方法的特點是沉積離子的能量范圍寬。主要包括直流濺射、射頻濺射和磁控濺射三種具體形式；(3)脈沖激光沉積(PLD)，是指脈沖激光束通過聚焦透鏡和石英窗口引入空積腔后，投射在旋轉的石墨靶上，在高能量密度的激光作用下形成激光等離子體放電，并且產生的碳離子有1keV量級的能量，在基體上形成sp3鍵的四配位結構，最終形成類金剛石薄膜。沉積速率高，可以獲得高sp3含量的無氫類金剛石薄膜，但耗能高、沉積面積小；(4)直接光化學氣相沉積(DPCVD)，是利用光子促進氣體的分解來沉積類金剛石薄膜。成膜時無高能粒子輻射等問題，基片溫度可降的很低，因而在低溫成膜方面比較有優勢；(5)化學氣相沉積(PECVD)，是指通過低氣壓等離子體放電使氣體碳源分解生成各種含碳的中性或離子基團(如CH₃、CH₂、CH⁺等)和氫，并在基片負偏壓的作用下使含碳基團轟擊、吸附在基片表面，同時原子氫對結構中sp2碳成分產生刻蝕作用,從而形成由sp2和sp3碳混雜結構的氫化類金剛石薄膜。該方法提高了原料氣體的分解率，降低了沉積溫度，而且可以通過改變沉積參數來獲得所需質量的薄膜。

采用氣相沉積法制備的金剛石薄膜與基底間的結合力較低，這一直是限制金剛石薄膜應用的一個瓶頸。本發明為了解決金剛石薄膜與基底間的結合力和附著力差的問題，提供了一種基于納米粒子修飾的金剛石薄膜及其制備方法，以便金剛石薄膜得到更多更廣的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于納米粒子修飾的金剛石薄膜及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于納米粒子修飾的金剛石薄膜，所述金剛石薄膜包括基底、納米粒子層；所述基底與納米粒子層之間依次設置有過渡層、金剛石薄膜層；所述過渡層位于基底表面，所述金剛石薄膜層位于過渡層表面。

進一步的，所述基底為硅基或金屬材料。

進一步的，所述過渡層主要由金屬Ni濺射形成。

進一步的，所述納米粒子層主要由納米二氧化鈦、苯胺、FeSO₄·7H₂O組成。

一種基于納米粒子修飾的金剛石薄膜的制備方法，包括以下步驟，

(1)金剛石微粉處理：