[发明专利]一种表面具有高致密纳米金刚石薄膜的工件及一种高致密纳米金刚石薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种高致密纳米金刚石薄膜的制备方法，包括：将工件基体进行表面预处理，使其表面带正电或负电；将赖氨酸加入到水中，得到赖氨酸溶液，再向赖氨酸溶液中加入纳米金刚石粉，超声分散后得到纳米金刚石颗粒表面带正电或负电的纳米金刚石悬浊液；将经表面预处理后的工件基体浸入到与工件基体带相反电荷的纳米金刚石悬浊液中，超声震荡，使纳米金刚石颗粒吸附在工件基体表面；吸附完成后，取出工件基体，清洗并经氮气吹干后，采用化学气相沉积设备在工件基体上生长金刚石薄膜。该方法可实现在复杂工件上进行大面积纳米级厚度的高致密金刚石薄膜的制备，薄膜质量高，结合力强，且工艺简单，成本低，在纳米机电系统中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米金刚石技术领域，特别是涉及一种表面具有高致密纳米金刚石薄膜的工件及一种高致密纳米金刚石薄膜的制备方法。

背景技术

金刚石薄膜由于其高熔点、高热导率、高硬度、绝缘性好、抗腐蚀性强、介电常量小，具有宽带隙半导体特征及化学稳定性好等特性，使其在耐磨涂层、生物医学、薄膜微传感器、纳米机电系统等众多高新技术领域具有广阔的应用前景。目前为了获得高质量金刚石薄膜，通常使用金刚石纳米粉对基体进行涂覆预处理以提高金刚石薄膜在不同基体材料形核密度，然而如何让金刚石纳米粉均匀地涂覆在基体表面，且不受基体形状尺寸的限制是一大难题。另外，在纳米机电系统中，薄膜的厚度需要控制在纳米级，这就对预处理所需的纳米金刚石粉在水溶液中的分散性提出了更高的要求，如何控制纳米金刚石粉在对沉积基体预处理过程中不发生团聚是目前纳米金刚石粉应用于金刚石薄膜形核生长的另一大难题。

目前为了制备出高致密的金刚石薄膜，通常的方法包括研磨法、水冲击法、偏压增强形核法、酸蚀法等，这些方法虽然可以在一定程度上增加金刚石薄膜的前期形核过程，但是其增强作用有限，且仍然无法解决在复杂的微纳米工件上进行大面积纳米级高致密纳米金刚石薄膜的制备。因此，有必要提供一种高致密纳米金刚石薄膜的制备方法，以实现在形状复杂的微纳米工件上制备出高致密的纳米级厚度的金刚石薄膜，薄膜质量高，且与基体之间具有较强的结合力。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种高致密纳米金刚石薄膜的制备方法，以解决现有技术难以在复杂形状的微纳米基体上进行大面积纳米级厚度金刚石薄膜制备，制备出的薄膜缺陷多，结合力较差的问题。

第一方面，本发明提供了一种高致密纳米金刚石薄膜的制备方法，包括以下步骤：

取工件基体，将所述工件基体进行表面预处理，使所述工件基体表面带正电或负电；

将赖氨酸加入到水中，得到赖氨酸溶液，再向所述赖氨酸溶液中加入纳米金刚石粉，超声分散后得到纳米金刚石颗粒表面带正电或负电的纳米金刚石悬浊液；

将经表面预处理后的工件基体浸入到与所述工件基体带相反电荷的纳米金刚石悬浊液中，超声震荡，使所述纳米金刚石悬浊液中的纳米金刚石颗粒吸附在所述工件基体表面；

吸附完成后，取出所述工件基体，清洗并经氮气吹干后，采用化学气相沉积设备，在所述工件基体上生长金刚石薄膜。

本发明在纳米金刚石悬浊液中加入赖氨酸作为分散剂，在赖氨酸的作用下，纳米金刚石颗粒可以在溶液中均匀分散、稳定悬浮，水合粒径在较小范围，有效解决纳米金刚石粉的团聚、沉降问题，而且由于赖氨酸分子中具有两个氨基，因此使得金刚石粉表面电荷状态及数量容易控制，通过调节溶液pH值即可得到金刚石颗粒表面带不同电性的纳米金刚石悬浊液，将该纳米金刚石悬浊液用于静电吸引种植晶种于基体制备高致密纳米金刚石薄膜时，可解决金刚石在异质基体表面形核密度低的问题，有效提高金刚石薄膜的形核密度，且上述的过程中不会引入杂质，从而可获得缺陷密度低，结合力强的高致密纳米金刚石薄膜。