一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜的制备方法，包括如下步骤：以高纯甲烷、氨气、笑气和氢气稀释的硅烷混合气为工作气体，通过等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃基片表面制备透明氢化硅碳氮氧薄膜；采用PECVD技术以四氟化碳为工作气体对氢化硅碳氮氧薄膜实施等离子体刻蚀。通过上述两步骤便可获得一种具有优异超疏水、自清洁和透明性能的氢化硅碳氮氧薄膜。同时，这种薄膜还具有优异的耐腐蚀、耐磨和耐酸碱性能，并且在玻璃基底表面拥有很好的附着力。本发明专利技术公开的这种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜在太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、智能窗户的疏水防污方面具有很好的应用潜力。污方面具有很好的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于透明超疏水薄膜材料制备
，具体涉及一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]水蒸气、有机污染物以及灰尘等不仅会降低太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、智能窗户等太阳光透光率，而且它们不被及时清除还将损坏上述器件性能、使用效率和寿命。因此，开发一种透明超疏水自清洁薄膜材料在上述光学器件疏水防污方面具有很好的应用前景。然而在现有技术中，缺乏一种通过简单的工艺在低能耗的条件下高效、大规模制备出高透明、附着力良好、耐磨、耐酸碱、以及超疏水性能优异的薄膜。通常，在玻璃基片表面构筑超疏水透明薄膜可以通过以下两种方式实现：一是利用有机硅烷或者氟树脂等低表面能物质修饰粗糙表面，二是在疏水表面构造一定的粗糙度。一般，透明超疏水薄膜表面要求具有一定的粗糙度，但较高的粗糙度将导致严重的光散射。为使光散射最小化，表面粗糙度必须降低到入射光波长以下，研究发现小于100 nm的粗糙度可以降低入射光的散射强度，同时兼顾超疏水性和透明度。
[0003]目前，常见的制备透明超疏水薄膜方法主要有溶胶凝胶法、化学气相沉积法、自组装法、光刻法、模板法和化学刻蚀法等。通常这些方法制备透明超疏水薄膜存在透射率小、工艺复杂、生产成本高、使用寿命短、不耐酸碱以及粘附力弱等缺点。材料表面多级粗糙结构和低表面能是实现材料超疏水特性的两个关键因素。本专利技术公开了一种基于PECVD技术制备的氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜及其制备方法。这种方法通过调控氢化硅碳氮氧透明薄膜内Si
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C、Si
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N和Si
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O键的浓度差，利用四氟化碳等离子体对它们进行差异化刻蚀从而实现薄膜小于100 nm的多级粗糙度，同时利用薄膜内已含有大量的
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CH
n
基团以及刻蚀所带来的
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CF
n
基团实现粗糙表面的低表面能物质自然修饰。本专利技术所公开的氢化硅碳氮氧薄膜不仅具有优异超疏水、自清洁和透明性能。同时，这种薄膜还具有优异的耐腐蚀、耐磨和耐酸碱性能和优异的附着力。该薄膜在太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、智能窗户的疏水防污方面具有很好的应用潜力。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在为太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、窗户玻璃等提供一种透明超疏水薄膜及其制备方法。该方法首先通过调控PECVD薄膜制备工艺参数，在制备的透明氢化硅碳氮氧薄膜内首先构造不同浓度的Si
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C、Si
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N和Si
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O键，并使它们均匀分布在薄膜内。接着，通过电离四氟化碳气体实现对Si
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C、Si
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N和Si
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O键的差异化刻蚀以获得粗糙度小于100 nm的表面。最后，利用薄膜内已含有大量的
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CH
n
基团以及刻蚀所带来的
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CF
n
基团实现粗糙表面的低表面能物质自然修饰。该方法包括下述步骤：（1）采用PECVD技术以高纯甲烷、氨气、笑气和氢气稀释的硅烷混合气为工作气体在玻璃基片表面制备透明氢化硅碳氮氧薄膜。
[0005]（2）采用PECVD技术以高纯四氟化碳为工作气体对步骤（1）中的氢化硅碳氮氧薄膜实施等离子体刻蚀。
[0006]所述的步骤（1）中，高纯甲烷、氨气、笑气的纯度均在99.999%及以上，氢气与硅烷混合气中，氢气与硅烷的体积比为8
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15：85
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92。
[0007]PECVD沉积参数为：射频功率150～250W，射频频率13.56MHz，基片温度200～300℃，腔体压强70～110Pa，通入高纯甲烷气体流量10～20sccm，通入高纯氨气气体流量5～10sccm，通入高纯笑气气体流量10～20sccm，通入氢气稀释的硅烷混合气气体流量20～30sccm，沉积时间60～80分钟。在本步骤中通过调控PECVD工艺参数获得透明氢化硅碳氮氧薄膜并实现薄膜内Si
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C、Si
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N和Si
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O键浓度的差异化。
[0008]所述的步骤（2）中，高纯四氟化碳纯度为99.999%及以上，PECVD刻蚀参数为：射频功率350～500W，射频频率13.56MHz，基片温度200～300℃，腔体压强40～60Pa，通入高纯四氟化碳气体流量10～20sccm，等离子体刻蚀时间5～15分钟。在本步骤中，由于Si
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C、Si
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N和Si
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O键键能不一样以及浓度存在差异化，因此可以通过本步骤实现四氟化碳等离子体对Si
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C、Si
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N和Si
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O键进行差异化刻蚀从而实现粗糙度小于100 nm的表面。同时，利用薄膜内已含有大量的
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CH
n
基团以及刻蚀所带来的
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CF
n
基团实现粗糙表面的低表面能物质自然修饰。
[0009]通过上述步骤，在玻璃基片表面便可制备出一种具有透明超疏水功能的氢化硅碳氮氧薄膜。
[0010]本专利技术利用透明氢化硅碳氮氧薄膜内Si
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C、Si
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N和Si
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O键键能和浓度的差异特性以及它们在薄膜内均匀分布特性，实现四氟化碳等离子体对Si
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C、Si
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N和Si
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O键进行差异化刻蚀，从而获得粗糙度小于100 nm的表面。同时，利用薄膜内已含有大量的
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CH
n
基团以及刻蚀所带来的
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CF
n
基团实现粗糙表面的低表面能物质自然修饰。由于PECVD技术所制备的薄膜具有优异附着力特性并且该工艺同传统半导体工艺相兼容，技术成熟稳定，因此，本专利技术公开的这种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜在太阳能电池板、汽车挡风玻璃、相机镜头、护目镜、智能窗户的疏水防污方面具有很好的应用潜力。
附图说明
[0011]图1实施例1所制备氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜在450
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900 nm波段入射光透射率曲线（a图）和水滴接触角测试图（b图）。
[0012]图2实施例2所制备氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜在450
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900 nm波段入射光透射率曲线（a图）和水滴接触角测试图（b图）。
[0013]图3实施例3所制备氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜在450
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900 nm波段入射光透射率曲线（a图）和水滴接触角测试图（b图）。
具体实施方式
[0014]为进一步阐述本专利技术所提供的一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜及其制备方法，以下实施案例用以说明本专利技术，但不用于限制本专利技术。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：（1）采用PECVD技术依次以高纯甲烷、氨气、笑气、氢气与硅烷混合气为工作气体在玻璃基片表面制备透明氢化硅碳氮氧薄膜；（2）采用PECVD技术以高纯四氟化碳为工作气体对步骤（1）中的氢化硅碳氮氧薄膜实施等离子体刻蚀。2.根据权利要求1所述的氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜及其制备方法，其特征在于，步骤（1）中高纯甲烷、氨气、笑气的纯度均在99.999%及以上；氢气与硅烷混合气中，氢气与硅烷的体积比为8
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92。3.根据权利要求1所述的氢化硅碳氮氧透明超疏水薄膜及其制备方法，其特征在于，PECVD沉积参数为：射频功率150～250W，射频频...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼华，孙嘉进，龚梦天，林一凡，肖婷，向鹏，杨雄波，谭新玉，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：