一种纳米结构碳基薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米结构碳基薄膜的制备方法。一种纳米结构碳基薄膜的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：将硅基底先用丙酮和乙醇连续超声清洗各15分钟，用氮气吹干后，快速转移至真空腔内，待真空腔内气压小于2.0兆帕后，用氩离子清洗硅基底表面脉冲电压900伏。本发明专利技术所述纳米结构碳基薄膜，具有优异的弹性性能，纳米结构碳薄膜具有高硬度，约为27.3GPa和高弹性恢复的优异力学性能；在大气环境下具有优异的摩擦学性能,平均摩擦因数为0.014。本发明专利技术所述纳米结构碳基薄膜，具有优异的弹性性能。

A preparation method of nanostructured carbon based thin films

The invention relates to a preparation method of a nano structure carbon based film. A method for preparing nanometer carbon based film structure, which comprises the following steps: preparing the silicon substrate with acetone and ethanol continuous ultrasonic cleaning every 15 minutes, dried by nitrogen, rapidly transferred to the vacuum chamber, the vacuum chamber pressure less than 2 MPa after cleaning the surface of silicon substrate with argon ion pulse voltage 900 volts. The nano structure carbon based thin film has excellent elastic properties. The nano structured carbon film has high hardness, excellent mechanical properties of 27.3GPa and high resilience recovery, and has excellent tribological properties in the air environment with an average friction factor of 0.014. The nanostructured carbon based film described in the present invention has excellent elastic properties.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米结构碳基薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种纳米结构碳基薄膜的制备方法。
技术介绍
自从1971年工程师第一次用碳的离子束沉积技术制备出具有金刚石特征非晶碳膜以来，全球范围内掀起了研究碳基薄膜的热潮。碳薄膜具有高硬度、高电阻率、高红外透过性，以及高耐磨性和低摩擦因数等一系列优异的性能，而且化学稳定性和抗腐蚀能力良好，在机械、光学、声学、电子及磁介质保护等领域具有广阔的应用前景。目前，已有多种物理气相沉积、化学气相沉积和等离子体化学气相沉积技术可以用来制备碳薄膜，不同的方法沉积出的碳薄膜组成可变，因而碳薄膜性能各不相同。研究表明，材料的微纳结构决定其性能，对于非晶碳膜，设计制备出特殊纳米结构如多层和复合结构能使其具备一些特殊的性能。相比其他沉积技术，等离子体化学气相沉积技术可在低温或接近室温的条件下高速制备出大面积光滑的膜面，是一种具备工业化应用前景的制备技术。本文作者采用单极脉冲等离子增强技术，以甲烷为前驱气体在单晶硅表面制备了类富勒烯纳米结构的含氢碳薄膜，研究其结构、力学性能和摩擦学性能，为含氢纳米结构碳基薄膜的工业化应用提供了实验数据。
技术实现思路
本专利技术涉及一种纳米结构碳基薄膜的制备方法。本专利技术所述一种纳米结构碳基薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：（1）将硅基底先用丙酮和乙醇连续超声清洗各15分钟，用氮气吹干后，快速转移至真空腔内，待真空腔内气压小于2.0兆帕后，用氩离子清洗硅基底表面（脉冲电压900伏，导通比为0.6，压强约19兆帕，时间为30分钟，用以除去表面的氧化层及其他污染物；（2）利用单极脉冲等离子体化学气相沉积设备在单晶硅(100)表面制备含氢碳薄膜，纳米结构薄膜制备条件为甲烷流量15sccm，沉积压强为10兆帕，脉冲电压为1000伏，脉冲频率80千赫兹，导通比为0.6，沉积时间为3小时。优选地，所述非晶结构薄膜制备条件为甲烷流量20-50sccm，沉积压强为20-50兆帕，脉冲电压为500-1000伏，脉冲频率为30-80千赫兹，占空比为0.5-1.0，沉积时间为0-3小时。进一步优选地，所述非晶结构薄膜制备条件为甲烷流量20sccm，沉积压强为25兆帕，脉冲电压为800伏，脉冲频率为60千赫兹，占空比为0.6，沉积时间为3小时。进一步优选地，所述非晶结构薄膜制备条件为甲烷流量30sccm，沉积压强为50兆帕，脉冲电压为500伏，脉冲频率为30千赫兹，占空比为0.8，沉积时间为2小时。本专利技术所述纳米结构碳基薄膜，具有优异的弹性性能，纳米结构碳薄膜具有高硬度，约为27.3GPa和高弹性恢复的优异力学性能；在大气环境下具有优异的摩擦学性能,平均摩擦因数为0.014。具体实施方式实施例1。本专利技术所述一种纳米结构碳基薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：（1）将硅基底先用丙酮和乙醇连续超声清洗各15分钟，用氮气吹干后，快速转移至真空腔内，待真空腔内气压小于2.0兆帕后，用氩离子清洗硅基底表面（脉冲电压900伏，导通比为0.6，压强约19兆帕，时间为30分钟，用以除去表面的氧化层及其他污染物；（2）利用单极脉冲等离子体化学气相沉积设备在单晶硅(100)表面制备含氢碳薄膜，纳米结构薄膜制备条件为甲烷流量15sccm，沉积压强为10兆帕，脉冲电压为1000伏，脉冲频率80千赫兹，导通比为0.6，沉积时间为3小时；（3）非晶结构薄膜制备条件为甲烷流量20sccm，沉积压强为25兆帕，脉冲电压为800伏，脉冲频率为60千赫兹，占空比为0.6，沉积时间为3小时。实施例2。本专利技术所述一种纳米结构碳基薄膜的制备方法，包括以下制备步骤：（1）将硅基底先用丙酮和乙醇连续超声清洗各15分钟，用氮气吹干后，快速转移至真空腔内，待真空腔内气压小于2.0兆帕后，用氩离子清洗硅基底表面（脉冲电压900伏，导通比为0.6，压强约19兆帕，时间为30分钟，用以除去表面的氧化层及其他污染物；（2）利用单极脉冲等离子体化学气相沉积设备在单晶硅(100)表面制备含氢碳薄膜，纳米结构薄膜制备条件为甲烷流量15sccm，沉积压强为10兆帕，脉冲电压为1000伏，脉冲频率80千赫兹，导通比为0.6，沉积时间为3小时；（3）非晶结构薄膜制备条件为甲烷流量30sccm，沉积压强为50兆帕，脉冲电压为500伏，脉冲频率为30千赫兹，占空比为0.8，沉积时间为2小时。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米结构碳基薄膜的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：（1）将硅基底先用丙酮和乙醇连续超声清洗各15分钟，用氮气吹干后，快速转移至真空腔内，待真空腔内气压小于2.0兆帕后，用氩离子清洗硅基底表面（脉冲电压900伏，导通比为0.6，压强约19兆帕，时间为30分钟，用以除去表面的氧化层及其他污染物；（2）利用单极脉冲等离子体化学气相沉积设备在单晶硅(100)表面制备含氢碳薄膜，纳米结构薄膜制备条件为甲烷流量15sccm，沉积压强为10兆帕，脉冲电压为1000伏，脉冲频率80千赫兹，导通比为0.6，沉积时间为3小时。

【技术特征摘要】
1.一种纳米结构碳基薄膜的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：（1）将硅基底先用丙酮和乙醇连续超声清洗各15分钟，用氮气吹干后，快速转移至真空腔内，待真空腔内气压小于2.0兆帕后，用氩离子清洗硅基底表面（脉冲电压900伏，导通比为0.6，压强约19兆帕，时间为30分钟，用以除去表面的氧化层及其他污染物；（2）利用单极脉冲等离子体化学气相沉积设备在单晶硅(100)表面制备含氢碳薄膜，纳米结构薄膜制备条件为甲烷流量15sccm，沉积压强为10兆帕，脉冲电压为1000伏，脉冲频率80千赫兹，导通比为0.6，沉积时间为3小时。2.如权利要求1所述一种纳米结构碳基薄膜的制备方法，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长英，
申请(专利权)人：陕西一品达石化有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61