[发明专利]单原子层氮化硼在表面涂层中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及表面涂层领域，具体是一种单原子层氮化硼在表面涂层中的应用。

背景技术

固体表面涂层及其可调性在生物、农业、石油、农药、电子等领域有着重要的应用。改变固体表面性质的方法很多，主要包括改变固体表面形貌、电润湿调节、在固体表面喷涂有机聚合物或者无机物等，但是这些方法往往改变了固体的表面形貌，厚度等，限制了这些方法在一些环境中应用。

六方氮化硼是一种具有5.97eV直接带隙的宽禁带绝缘体的单原子层结构，具有很好的力学、光学性质，卓越的热稳定性和化学稳定性，在氧环境中能稳定存在至1000℃以上。而且单层氮化硼厚度仅有约0.33 nm，同时其在可见光范围内对光没有吸收，仅在紫外区有少量光吸收，其覆盖在固体表面不会改变固体的厚度及外观形貌，但是能有效的改变的抗氧化抗摩擦性质，同时还能改变固体表面的润湿性，广泛的应用于高温固体润滑剂、航天航空中的热屏蔽材料、飞机火箭发动机的喷口等领域，但在表面涂层领域尚未有应用。

发明内容

    本发明提供了单原子层氮化硼在表面涂层中的应用及该涂层的生长方法，在几乎不改变基底的厚度与外观的情况下，直接将基底的润湿性转化为氮化硼本身的润湿性、增强基底的抗摩擦性能和抗氧化性能。

本发明提供了一种单原子层氮化硼在表面涂层中的应用。

进一步改进，应用单原子层氮化硼表面涂层的基底包括带有绝缘氧化层或绝缘介电层的金属或半导体，或是高分子柔性材料，或是不导电的无机材料，或是导电的金属，或是光敏半导体材料。

进一步改进，所述的基底表面是平整的或弯曲的。

进一步改进，氮化硼表面涂层的制备方法包括化学气相沉积法、外延生长法、等离子体溅射法、磁控溅射法。

进一步改进，结合氮化硼的方式是直接生长或者生长后转移至基底表面。

本发明的有益效果为：在几乎不会改变基底的厚度和外观形貌的基础上，能够直接将基底的润湿性转化为氮化硼本身的润湿性，同时增强基底的抗摩擦性能和抗氧化性能，并且具有较好的耐腐蚀性。

附图说明

图1为对氮化硼的表征：其中，（a）为转移到SiO₂/Si基底上的氮化硼的光学照片，（b）为氮化硼的光透过谱，（c）为透射电镜照片，（d）为选区电子衍射。

图2为实施例1中测量得到的有无氮化硼覆盖的铜基底的摩擦力对比图。

图3（a）为实施例2测量得到的在空气中200 oC下加热的有无氮化硼覆盖的铜基底的光学照片对比图，（b）为能量色散X射线光谱信号对比图。

图4为实施例2中测量得到的有无氮化硼覆盖的各种基底的接触角对比图。

图5为实施例3测量得到的在紫外灯的照射下有无氮化硼覆盖的二氧化钛基底的接触角对比图。

具体实施方式

本发明可应用的基底包括带有绝缘氧化层或绝缘介电层的金属或半导体，或是高分子柔性材料，或是不导电的无机材料，或是导电的金属，或是光敏半导体材料。

基底表面可以是平整的或弯曲的。

氮化硼膜层的制备方法包括化学气相沉积法、外延生长法、等离子体溅射法、磁控溅射法。

结合氮化硼的方式可以是直接生长或者生长后转移至基底表面。若基底是金属材料，氮化硼膜层可直接生长或生长后转移到基底上；若基底是非金属材料，氮化硼膜层只能在金属基底上生长后再转移到非金属基底上。

单原子层氮化硼表面涂层直接生长的方法，包括以下步骤：

1）将金属基底清洗烘干后放入反应室；

2）以50-200℃的温度将作为硼、氮源的硼烷氨络合物反应源预热；

3）维持反应室的生长温度为900-1100℃，将预热后的硼烷氨络合物反应源以气态导入反应室并同时以5-15sccm通入氢气，生长10-20分钟后，关闭硼烷氨源；

4）在5-15sccm氢气气流保护下快速冷却到室温，在基底上得到层数为1-2层的氮化硼薄膜。

单原子层氮化硼表面涂层生长后转移的方法，包括以下步骤：

1）将铜片清洗烘干后放入反应室；

2）以50-200℃的温度将作为硼、氮源的硼烷氨络合物反应源预热；

3）维持反应室的生长温度为900-1100℃，将预热后的硼烷氨络合物反应源以气态导入反应室并同时以5-15sccm通入氢气，生长10-20分钟后，关闭硼烷氨源；

4）在5-15sccm氢气气流保护下快速冷却到室温，在铜片上得到层数为1-2层的氮化硼薄膜；