[发明专利]一种利用水滴剥离方式制备碳薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用水滴剥离方式制备碳薄膜的方法，它是采用火焰沉积法在耐高温板材表面制备出超疏水碳膜层；然后将表面有超疏水碳膜层的耐高温板材倾斜放置，倾斜角度为5～50°，控制水滴从所述超疏水碳膜层表面向下滚动，并落在亲水性表面材料上，然后将所述亲水性表面材料上的水滴烘干，从而制得由碳纳米颗粒组成碳薄膜。本发明不仅制备方法简单、制备效率高，而且原料价格便宜、制备成本低，因此十分有利于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域，尤其涉及一种利用水滴剥离方式制备碳薄膜的方法。

背景技术

碳纳米颗粒一般是指三维空间尺寸中至少有一维小于100nm的碳材料。碳纳米颗粒包括零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯等多种结构，这些碳纳米颗粒无论是在结构上还是在物理化学、光学性质上均具有十分优异的性质，因此在橡胶、塑料、化纤、油墨、涂料、电子元器件等诸多领域中均有广泛应用。近年来，人们对碳纳米颗粒光电特性的研究主要集中在其荧光特性方面，碳纳米颗粒在细胞成像和活体成像上展现出了很好的应用前景。

碳纳米颗粒在空气中具有良好的减摩性能，因此在零部件表面制备一层由碳纳米颗粒组成的碳薄膜能够有效降低磨损率，延长零部件的使用寿命。例如：微电子器件在运行时会由于高频振动引起磨损，若在接触面沉积一层碳薄膜，能够大幅降低磨损；磁盘、磁头表面沉积一层碳薄膜即可显著提高其耐磨性，延长使用寿命；在卫星、太空飞行器等高精密设备的轴承、陀螺等零件，需要尽量小的摩擦系数和磨损率，而传统的润滑油在外太空的恶劣工作环境中无法使用，但碳薄膜对此具有明显的优势。

在现有技术中，碳薄膜的厚度和均匀度可以通过调整制备参数来精确控制，并通过控制在低温条件下进行沉积可以避免引发基体变形，因此可以在许多微型器械的齿轮和马达上沉积一层碳薄膜，来降低磨损率，延长使用寿命。但现有技术中碳薄膜的制备方法工序繁琐、制备效率低、制备成本高。

发明内容

为了解决现有技术中碳薄膜的制备方法工序繁琐、制备效率低、制备成本高的技术问题，本发明提供了一种利用水滴剥离方式制备碳薄膜的方法，不仅制备方法简单、制备效率高，而且原料价格便宜、制备成本低，因此十分有利于大规模工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用水滴剥离方式制备碳薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤A、采用火焰沉积法在耐高温板材表面制备出接触角为150～170°、滚动角＜3°的超疏水碳膜层；

步骤B、将表面有所述超疏水碳膜层的耐高温板材倾斜放置，倾斜角度为5～50°，控制水滴从所述超疏水碳膜层表面由上向下滚动，并落在亲水性表面材料上，然后将所述亲水性表面材料上的水滴烘干，从而制得由碳纳米颗粒组成的碳薄膜。

优选地，在步骤B中，控制水滴从所述超疏水碳膜层上方5～50mm处向下滴落，滴落在所述超疏水碳膜层表面的水滴从所述超疏水碳膜层表面向下滚动。

优选地，在步骤B中，烘干温度为60～200℃，烘干时间为30～180min。

优选地，所述的由碳纳米颗粒组成碳薄膜中，碳纳米颗粒的尺寸为20～50nm，薄膜厚度20～200nm。

优选地，所述的采用火焰沉积法在耐高温板材表面制备出接触角为150～170°、滚动角＜3°的超疏水碳膜层包括：选取能承受500～1000℃高温的耐高温板材，并采用燃料为正丁烷的喷火枪对所述耐高温板材下表面进行火焰沉积碳膜层，该喷火枪的火焰与所述耐高温板材下表面的距离控制在0～10mm，火焰温度为500～1000℃，直至所述耐高温板材下表面沉积出均匀的碳膜层，停止火焰沉积碳膜层，再进行冷却处理，从而制得在耐高温板材表面制备出接触角为150～170°、滚动角＜3°的超疏水碳膜层。