[发明专利]一种润滑/导电双功能NbSe

说明书

本发明公开了一种润滑/导电双功能NbSe₂薄膜的低温制备方法。该方法采用氩气（纯度为99.99%）为溅射气体，NbSe₂（纯度为99.9%）为溅射靶材，射频电源为溅射源，制备润滑/导电双功能NbSe₂薄膜。此方法实现了薄膜的低温快速沉积。该固体薄膜结构均匀致密，且膜‑基结合强度较好，具备良好的择优取向，在大气环境下（30%RH、20℃）具有优异的摩擦学性能(摩擦系数约为0.033)和良好的导电性能（静态接触电阻约为1.76×10^‑3Ω·cm），在动态接触滑动模式下依然呈现出优异的润滑/导电双功能。该NbSe₂薄膜在电接触滑动部件表面处理领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于薄膜材料制备技术领域，涉及一种磁控溅射制备薄膜的方法。

背景技术

长期以来，电接触滑动部件以银基和铜基合金材料为主，其在电导通的状态下，能够保证滑动部件的平稳运行。然而，银基和铜基合金材料的摩擦系数偏高且磨损率较多，占据了部件的大部分动力损耗，影响电流传输和转换效率。根据以往报道，在一定工艺下制备NbSe₂材料可以在干燥大气和真空环境中发挥良好的润滑作用；且在超导领域的研究中，其室温导电性能要明显优于同系材料（如WS₂和MoS₂等）。

目前，常见的薄膜制备技术主要包括物理气相沉积、化学气相沉积和化学溶液镀膜法等。其中，对于NbSe₂薄膜而言，其主要制备方法为脉冲激光沉积法（属于物理气相沉积）和常压化学气相沉积法（属于化学气相沉积）。上述两种方法在研究中较为常用，却也存在许多问题。首先，脉冲激光沉积法需要高效脉冲激光器以及复杂光路系统，使得其设备成本显著提高。而且，受脉冲激光器能量的限制，致使部分材料沉积速率偏低。另外，对于常压化学气相沉积法而言，NbCl₅为常用原材料，此材料为毒性物质，制备过程中带有很大危险性，且不可避免地带来一定的环境污染。而且，由于制备方法自身限制，制备温度要求高于300℃，致使制备成本大大增加。可见，此方法无法达到工业应用需求。因此，发展一种简单快速制备润滑/导电双功能NbSe₂薄膜的新方法成为研究者们追求的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种润滑/导电双功能NbSe₂薄膜的低温制备方法。

本发明选用单一NbSe₂靶材源，在室温下采用具有较高离化效率的射频磁控溅射技术制备润滑/导电双功能NbSe₂薄膜。此方法简单易行，所得薄膜质地均匀致密，且膜-基结合强度较好，呈现明显的择优取向，尤其是沉积温度几乎接近室温，而且在大气环境下具有优异的润滑/导电双重功能，并具有良好的减摩性、优异的耐磨性能与良好的导电性。

一种润滑/导电双功能NbSe₂薄膜的低温制备方法，其特征在于采用射频磁控溅射技术在室温即基底无需额外加热的条件下制备润滑/导电双功能NbSe₂薄膜，具体操作步骤如下：

步骤一、靶材的安装：

将NbSe₂和Ti靶材装在溅射镀膜室的对应靶位上；

步骤二、基底的清洗及安装：

将基底用无水乙醇和丙酮分别超声清洗15 min，烘干后装入溅射沉积腔室内的旋转工件盘上；

步骤三、等离子体清洗：

开启真空系统，抽真空至7×10^-4 Pa~5×10^-4 Pa，通入高纯氩气，并在负偏压为-500 V~-1000 V、占空比为75%~85%、压强为1.0 Pa~ 2.5 Pa条件下进行等离子体溅射清洗基底表面，溅射时间为15 mm~ 30 mm；