[发明专利]一种真空环境下面积扩展制备金属薄膜的装置及方法

说明书

一种真空环境下面积扩展制备金属薄膜的装置及方法，装置包括真空炉，炉内设有实验台并固定于机械手装置，台上设加压装置、反射平面镜和聚光凸透镜，台表面设有高熔点金属圈。该方法利用真空环境中无空气的特点，采用高熔点合金丝围成面积可控圆形，金属圈正中放置一个低熔点金属块，聚集太阳光熔成金属液，通过表面张力粘着在金属丝上。因真空环境无热传导和热对流，换热只能通过热辐射，故金属液散热很慢，不易凝固，升温至略高于低熔点金属熔点后，金属溶液因表面张力粘着于合金丝，随金属圈的面积增大金属溶液逐步扩展成薄膜。该方法结合物理变化无介质的热传递过程，材料利用率高，制备过程简单高效、环保节能，成膜表面质量高，性能优异。

技术领域：

本发明属于金属薄膜制备技术领域，具体涉及一种真空环境下面积扩展制备金属薄膜的装置及方法。

背景技术：

金属薄膜因具有良好的塑性、韧性和强度，高导电性以及对环境和物料的适应性，是继有机薄膜、陶瓷薄膜之后性能最好的薄膜材料之一，在电子元器件、集成光学、电子技术、红外技术、激光技术以及航天技术和光学仪器等各个领域都得到了广泛的应用，尤其在轻质高强的材料薄膜应用领域它们成为了独立的应用技术，而且成为了材料表面改性和提高某些工艺水平的重要手段，这使得金属薄膜的制备得到了国内外研究者的广泛关注。然而，如何高效率的制备出高质量、无缺陷、薄厚均匀、大小可控的金属薄膜成为了研究者们追逐的方向。

目前，制备金属薄膜的方法主要有物理法和化学法(包括电化学法)两大类。物理方法主要包括真空热蒸发法、直流溅射、磁控溅射法、射频溅射、脉冲激光沉积和分子束外延生长法等薄膜的制备方法。化学法主要包括化学气相沉积法(CVD)，液相生成法、氧化法、扩散法和电镀法等。这些方法都是通过介质的传递，在另一种物体上沉积成膜，在这个传递的过程中都不能保证无氧化物产生；由于不同的介质会导致薄膜不均匀，所以生成的金属薄膜质量不纯，易产生缺陷；另外，这些制备方法大多过程繁琐、制备效率不高、控制因素多、材料易消耗、易产生有害气体等缺点。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，考虑以上问题，在真空中制备金属薄膜具有很强的优势。相较于传统的金属薄膜制备方法，真空中无氧气不会使金属薄膜受到污染，且真空环境使薄膜得到很好的保护，也因此减少了影响薄膜质量的因素。采用的热源为太阳光，结合面积扩展法更加的节能高效，同时减少有害气体的产生。

然而，面积扩展法制备金属薄膜在很大程度上取决于金属溶液的表面张力，当金属溶液与周围固体接触时会形成表面层，表面层里的分子间距离要大于金属液体内的分子间距，表现出较大的吸引力，所以形成了表面张力。表面张力除了与不同金属溶液本身有关，还与温度及压力有关。由于真空中无氧气等杂质，所以在面积扩展方法制备金属薄膜中控制表面张力的最主要因素就是温度。温度升高，分子键引力减弱，表面张力随温度升高而减小。所以只要控制温度略高于金属熔点，缓慢加热，使金属溶液具有较大的表面张力，即可制备出质量高纯的金属薄膜。若在太空微重力的环境下采用此方法则可以减少重力带来的薄膜不均匀，成膜面积小等缺陷，所以此方法为在太空实验站真空、无重力环境下制备大面积均匀高质量的金属薄膜的第一步。

本申请提供一种真空环境下面积扩展制备金属薄膜的装置及方法。该方法利用金属溶液的表面张力所产生的吸附能力，根据表面扩张法制备出高纯度、高质量的金属薄膜。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种真空环境下面积扩展制备金属薄膜的装置，包括真空炉，所述的真空炉内设有实验台，所述的实验台上方设有加压装置，所述的加压装置设有反射平面镜和聚光凸透镜，所述的实验台固定于机械手装置，所述的实验台表面设有高熔点金属圈，所述的高熔点金属圈为可面积扩展金属圈，所述的高熔点金属圈固定于机械手装置；所述的机械手装置包括X轴、Y轴和Z轴，所述的X轴、Y轴和Z轴为可滑动轴。

所述的实验台为可升降实验台。

所述的高熔点金属圈固定于X轴和Y轴。