[发明专利]一种嵌入碳洋葱的超滑超薄碳涂层制备方法

说明书

本发明涉及一种嵌入碳洋葱的超滑超薄碳涂层制备方法，包括以下步骤：⑴Si衬底放入由30%H₂O₂和98%H₂SO₄配成的溶液中，于100℃煮30~50min，得到活化的Si衬底；⑵将溶质N’‑[3‑（三甲氧基硅基）‑丙基]三乙烯三胺通过机械搅拌混入丙酮‑水的混合溶液中，得到TA溶液；⑶活化的Si衬底放入TA溶液中浸泡，得到浸泡后的Si衬底；⑷碳洋葱颗粒分散到有机溶剂内，随后放入浸泡后的Si衬底浸泡，得到二次浸泡的Si衬底；⑸将二次浸泡的Si衬底取出，经脱水后真空加热，得到带有碳洋葱颗粒的Si衬底；⑹带有碳洋葱颗粒的Si衬底利用PECVD设备在碳洋葱颗粒表面沉积类金刚石薄膜即得。本发明方法简单，易于实现，所制备的超滑超薄碳涂层在机械运动系统减磨抗磨的环境中具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及真空镀膜及表面工程技术领域，尤其涉及一种嵌入碳洋葱的超滑超薄碳涂层制备方法。

背景技术

减小摩擦、降低磨损和延长运动部件的工作寿命是在机械运动系统中摩擦学科主要任务。进一步实现减摩抗磨和延寿，将满足机械系统不断提升的高精度、高可靠性和长寿命要求，以及符合日益严格环保政策。超滑指两个滑动接触表面之间摩擦系数小于或等于0.01，或者达到10^-3量级。通常，钢材质与钢材质对摩的摩擦系数为1.0左右，润滑油的摩擦系数在0.05左右。因此，实现超滑将从根本上解决上述问题。挖掘新型超滑材料和开发超滑技术日益成为在机械工业应用中节能减排主要途径和方向。

固体超滑指在两个滑动接触表面之间直接接触实现的超滑现象。现阶段固体超滑的研究主要集中在以石墨烯为代表的结构性超滑，和以类金刚石薄膜为代表的无序固体界面的超滑。现阶段固体超滑的发展已经到了从基础到应用的关键阶段，它的主要任务是实现更大尺寸的稳定固体超滑。

目前，将以石墨烯为代表的结构性超滑从微纳尺度扩展到宏观尺度主要途径是在两个滑动接触表面之间引入纳米颗粒或纳米凸起。美国Argonne国家实验室berman等将类金刚石颗粒表面引入石墨烯小片与类金刚石薄膜之间，巧妙地将减小有效接触面积与形成非公度表面结合起来，实现宏观尺度的固体超滑。中国雒建斌院士团队采用在二氧化硅表面沉积石墨烯实现在两个滑动接触表面之间引入纳米凸起，从而形成非公度接触而实现更大尺寸的稳定固体超滑。但引入纳米颗粒或纳米凸起的主要途径面临的主要问题是加入的纳米金刚石会引起机械常用表面的严重磨损，且其在高湿度下失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种方法简单、易于实现的嵌入碳洋葱的超滑超薄碳涂层制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种嵌入碳洋葱的超滑超薄碳涂层制备方法，包括以下步骤：

⑴将Si衬底放入由体积浓度30%H₂O₂和体积浓度98%H₂SO₄按照3：7的体积比配成的溶液中，并通过热敏电偶控制温度，于100℃煮30~50min，得到活化的Si衬底；

⑵将溶质N’-[3-（三甲氧基硅基）-丙基]三乙烯三胺（N’-[3-（Trimethoxysilyl）-propyl]driethylenetriamine,tech (TA)）通过机械搅拌混入丙酮-水的混合溶液中，得到浓度为1~4mmol/L 的TA溶液；

⑶将所述活化的Si衬底放入所述TA溶液中浸泡30~50min，得到浸泡后的Si衬底；

⑷将纯度为95.0~99.7%的碳洋葱颗粒按1：10~20的质量体积比分散到有机溶剂内，随后放入所述浸泡后的Si衬底，继续浸泡30~50min，得到二次浸泡的Si衬底；

⑸将所述二次浸泡的Si衬底取出，经干燥氮气脱水后置于真空加热炉内，在惰性气体保护下真空加热，得到带有碳洋葱颗粒的Si衬底；