一种有机-金属纳米复合薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种有机‑金属纳米复合薄膜及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。有机‑金属纳米复合薄膜由基底层和氟碳‑钛复合薄膜层组成。制备方法为：打磨聚四氟乙烯靶材和钛靶材，清洗；然后进行预溅射；利用共溅射在基底层表面沉积氟碳‑钛复合薄膜；然后进行高温退火，即可。本发明专利技术的有机‑金属纳米复合薄膜的制备方法，通过采用射频‑直流共溅射，改变薄膜沉积状态的变化以调控纳米级表面形貌、化学组分含量；通过调整高温退火工艺以调控薄膜结晶度，使制得的复合薄膜表现出不同的浸润性能和二次电子发射特性，且具有纯度高、沉积面积大、物相结构高度可控等优点，从而使其应用广泛，具有显著的推广实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种有机-金属纳米复合薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种有机-金属纳米复合薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
复合薄膜由两种或两种以上基本成分混合而成，是材料科学领域的研究热点。有机-金属复合薄膜由于各组分之间的协同作用，展现出独特的理化性能，目前已被广泛应用于电力电子、光电传感、生物医学和能源利用等领域。该类型的复合薄膜兼具金属薄膜的透光性、导电性、机械稳定性和有机薄膜的柔韧性、耐腐蚀性、易加工性，因此具有重要的研究价值和广阔的应用前景。随着时代的发展和科技的进步，复合薄膜的组分调控已从微米量级向纳米尺度深入，这对薄膜形成过程的理论分析提出了更高的要求，为复合薄膜的性能设计带来了更大的挑战。氟碳薄膜展现出优异的电学和力学性能，同时具有高化学稳定性和低表面能的特点。基于其优异的自润滑和紫外吸收能力，氟碳薄膜也是固体润滑材料、抗反射膜和防辐射保护膜的主要成分。薄膜的性能由其内部的原子含量和键合方式决定，因此选择合理的制备技术并调控工艺条件是获得具有优异性能薄膜的关键，常用的制备技术包括等离子体增强化学气相沉积、介质阻挡放电和脉冲激光沉积等，但这些制备技术会带来一系列问题，比如杂质粒子污染、薄膜制备面积小、组分可控性低、反应物成本高甚至对环境有害等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种有机-金属纳米复合薄膜及其制备方法和应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种有机-金属纳米复合薄膜，由基底层和有机-金属纳米复合薄膜层组成；所述基底层为金属片、有机或无机薄膜，所述有机-金属纳米复合薄膜层为氟碳-钛复合薄膜。优选的，所述金属片为铜片或铝片，所述有机薄膜为聚四氟乙烯或聚酰亚胺，所述无机薄膜为单晶硅片或载玻片。2、上述有机-金属纳米复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)打磨含氟碳和含钛的靶材，并清洗；2)在真空条件下，对含氟碳的靶材和含钛的靶材进行预溅射；3)利用射频-直流共溅射在基底层表面沉积氟碳-钛复合薄膜；4)在真空条件下，将沉积有复合薄膜的基底层进行高温退火，即可。优选的，所述制备方法，包括以下步骤：1)用砂纸打磨含氟碳和含钛的靶材，并用无纺布擦拭干净；2)将抛光的基底层、含氟碳靶材和含钛的靶材装入磁控溅射镀膜室中，通过机械泵和分子泵抽至本底真空度，对含氟碳靶材和含钛的靶材进行预溅射；3)利用射频-直流共溅射在基底层表面沉积氟碳-钛复合薄膜；4)将沉积有复合薄膜的基底层从镀膜室中取出，置于真空烧结炉中高温退火，即可。优选的，所述步骤1)中，打磨靶材的砂纸目数为60#、600#和1500#，用无水乙醇充分浸润无纺布，再将打磨后的靶材擦拭干净。优选的，所述步骤1)中，含氟碳的靶材为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯，含钛的靶材为钛或碳化钛。优选的，所述步骤2)中，镀膜室的本底真空度为1～5×10-4Pa。更优选的，所述步骤2)中，镀膜室的本底真空度为3×10-4Pa。优选的，所述步骤2)中，预溅射的条件为：镀膜室气压0.1～1Pa，基底温度20～200℃，靶-基距10～150mm，直流功率50～500W，射频功率50～500W，预溅射时间10～100min。更优选的，所述步骤2)中，预溅射的条件为：镀膜室气压0.5Pa，基底温度30℃，靶-基距50mm，直流功率100W，射频功率200W，预溅射时间30min。优选的，所述步骤3)中，通过调节氩气流速使镀膜室气压为0.1～1.0Pa，然后开启直流和射频电源，使含氟碳的靶材和含钛的靶材先后起辉，将直流功率调至50～500W，射频功率为50-500W，基底温度为20-200℃，同时开启两个靶挡板，保持基底层转速为50～200rpm，溅射时间为10～100min。更优选的，所述步骤3)中，通过调节氩气流速使镀膜室气压为1.0Pa，然后开启直流和射频电源，使含氟碳的靶材和含钛的靶材先后起辉，将直流功率调至100W，射频功率为50-300W，基底温度为25-200℃，同时开启两个靶挡板，保持基底层转速为150rpm，溅射时间为100min。优选的，所述步骤4)中，烧结炉中的真空度为2～5×10-2Pa，退火温度为400-600℃，退火时间为3-5h。共溅射形成的复合薄膜为无定形态，颗粒的非规则排布使薄膜中存在裂纹和缺陷，真空退火可以实现颗粒在洁净条件下的聚合重组，实现一定程度上的定向排布，提高薄膜结晶度。也即真空退火可以提高复合薄膜的结晶度。3、上述有机-金属纳米复合薄膜作为亲/疏水膜，抗反射膜，强紫外吸收膜，以及耐磨和低二次电子发射系数材料的应用。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术的有机-金属纳米复合薄膜，具有纯度高、沉积面积大、物相结构高度可控等优点，从而使其应用广泛，具有推广实用价值；2)本专利技术的有机-金属纳米复合薄膜的制备方法，通过采用射频-直流共溅射，改变薄膜沉积状态的变化以调控纳米级表面形貌、化学组分含量；通过调整高温退火工艺以调控薄膜结晶度，从而使制得的有机-金属纳米复合薄膜表现出不同的浸润性能和二次电子发射特性，且制备过程中，未使用有毒原料，对环境和人体不会造成伤害，体现了安全环保的优点；3)本专利技术的有机-金属纳米复合薄膜作为亲/疏水膜，抗反射膜，强紫外吸收膜，以及耐磨和低二次电子发射系数材料，可广泛应用于传感器、微通道背板、光电倍增管、粒子加速器、扫描电子显微镜、输配电架空线路、空间大功率微波部件等建筑、电力和航空航天等领域。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术的有机-金属纳米复合薄膜的水滴接触角随射频/直流溅射功率比的变化规律图；图2为本专利技术实施例1制得的有机-金属纳米复合薄膜的原子力显微镜图；图3为本专利技术实施例4制得的有机-金属纳米复合薄膜的原子力显微镜图；图4为本专利技术实施例4制得的有机-金属纳米复合薄膜的X射线光电子能谱图；图5为本专利技术的有机-金属纳米复合薄膜的水滴接触角随退火条件变化规律图；图4中的Bindingenergy(eV)表示结合能；Intensity(CPS)表示相对强度。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1本实施例的有机-金属纳米复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)采用60#、600#和1500#目数的砂纸依次打磨聚四氟乙烯靶和钛靶，然后经充分浸润无水乙醇的无纺布擦拭干净；2)将抛光单晶硅片和清洗后的靶材装入磁控溅射镀膜室中，通过机械泵和分子泵将镀膜室抽至3×10-4Pa，保持靶挡板关闭，调节氩气流速使真空度为0.5Pa，在基底温度30℃，靶-基距50mm，直流功率100W，射频功率2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机-金属纳米复合薄膜，其特征在于，由基底层和有机-金属纳米复合薄膜层组成；所述基底层为金属片、有机或无机薄膜，所述有机-金属纳米复合薄膜层为氟碳-钛复合薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种有机-金属纳米复合薄膜，其特征在于，由基底层和有机-金属纳米复合薄膜层组成；所述基底层为金属片、有机或无机薄膜，所述有机-金属纳米复合薄膜层为氟碳-钛复合薄膜。


2.根据权利要求1所述有机-金属纳米复合薄膜，其特征在于，所述金属片为铜片或铝片，所述有机薄膜为聚四氟乙烯或聚酰亚胺，所述无机薄膜为单晶硅片或载玻片。


3.如权利要求1或2所述有机-金属纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)打磨含氟碳和含钛的靶材，并清洗；
2)在真空条件下，对含氟碳的靶材和含钛的靶材进行预溅射；
3)利用射频-直流共溅射在基底层表面沉积氟碳-钛复合薄膜；
4)在真空条件下，将沉积有复合薄膜的基底层进行高温退火，即可。


4.根据权利要求3所述有机-金属纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用砂纸打磨含氟碳和含钛的靶材，并用无纺布擦拭干净；
2)将抛光的基底层、含氟碳靶材和含钛的靶材装入磁控溅射镀膜室中，通过机械泵和分子泵抽至本底真空度，对含氟碳靶材和含钛的靶材进行预溅射；
3)利用射频-直流共溅射在基底层表面沉积氟碳-钛复合薄膜；
4)将沉积有复合薄膜的基底层从镀膜室中取出，置于真空烧结炉中高温退火，即可。


5.根据权利要求4所述有机-金属纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，打磨靶材的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞鹏，赵琦，李剑，黄正勇，陈伟根，王有元，潘建宇，谭亚雄，王强，杜林，周湶，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50