[发明专利]一种纳米多孔NiCr合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米薄膜材料的制备方法，特指一种纳米多孔NiCr合金薄膜及其制备方法。本发明首先利用磁控溅射技术在氧化铝衬底上沉积NiCr‑Ti前驱体薄膜，接着利用氢氟酸溶液进行刻蚀，目的为了去掉前驱体薄膜中的部分钛组元，最终形成以主要以镍铬合金为骨架的多孔薄膜材料。此种方法制备的纳米多孔镍铬合金薄膜多孔结构完整、连续，形状均匀、尺寸可控，且溅射面积大，厚度轻薄，所述薄膜孔径在80‑120nm，厚度在300‑1000nm。该薄膜对宽光谱具备高的吸收，在宽光谱吸收和发射涂层方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米薄膜材料的制备方法，特指一种纳米多孔NiCr合金薄膜及其制备方法。具体涉及一种由磁控溅射技术结合脱合金腐蚀技术共同制备的纳米多孔镍铬合金薄膜材料及制备方法。

背景技术

纳米材料是狭义上指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100nm)或者由它们作为基本单元构成的材料，而在广义上100-1000nm也可以被称作为纳米材料。具体可以分为纳米粉末、纳米纤维、纳米薄膜和纳米块体等四大类。由于纳米材料具有极小的尺寸，它可以表现出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学等方面都会与传统的大块物体有着巨大的差异。

磁控溅射的基本原理是在高真空环境下，在预抽到高真空的腔体中通入高纯氩气体，并在两个电极之间施加一定的电压，产生辉光放电现象。在电场和交变磁场的作用下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。

脱合金法是当前研究比较热门和应用广泛的制备纳米多孔金属的方法。具体是将二元或者多元前驱体材料，通过化学腐蚀或者电化学腐蚀的方法，选择性地溶解掉相对活泼的组元，剩下的相对不活泼的组元形成孔洞结构，从而得到纳米多孔结构的方法。

镍铬合金膜具备很多优点，如低的电阻温度系数，较高的灵敏系数且对温度依赖小的特点，因此常用于制备薄膜电阻应变计。除此之外，镍铬合金本身对光具有一定的吸收性能，可以在一定程度上吸收紫外可见近红外波段的入射光，乃至中红外波段也有一定的吸收率。纳米多孔镍铬合金薄膜材料在光热吸收领域，尤其是用作红外探测器的吸收层具有巨大的应用前景，因为纳米尺寸下的多孔镍铬合金薄膜会与入射光发生复杂的交互作用，经过适当的调控可以得到易吸收光的黑色金属超微粒子，称为金属黑，这与不具备孔洞结构的薄膜所形成的高反射率光泽面形成鲜明对比。

常见的光谱吸收涂层制备方法有涂料法、水溶液化学转化法、溶胶凝胶法、电化学沉积法(电镀和阳极氧化等)、真空镀膜法(磁控溅射、真空蒸镀)。其中，涂料法操作简单、对实验要求低，但是由于在制备过程中引入了黏合剂，导致该方法制备的涂层不均匀，厚度大，通常在微米级别，且不能耐高温；电化学法制备的涂层包括黑镍涂层、黑铬涂层、钢阳极氧化涂层等，虽然具有良好的吸收性能，但是电化学方法耗能大、成本高，并且会对环境产生一定的危害。本发明中采用的磁控溅射和脱合金腐蚀技术共同制备的多孔镍铬合金涂层，不仅法耗时短，不产生污染并可大面积生产，且纳米多孔薄膜结构连续且结合力强、厚度轻薄、耐高温、热容量小，在宽光谱吸收和发射涂层方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的：针对目前制备吸收涂层的方法中存在的薄膜粘附力差、不耐高温、厚度大、成本不易控制、环境污染等问题，提出了一种由镍铬金属元素构成的且耗时短、低能耗、不产生污染的光谱吸收薄膜制备方法，拓宽了镍铬合金应用前景，在宽光谱吸收和发射涂层方面具有广阔的应用前景。

本发明技术方案：为提高红外设备的性能，提出了一种可以沉积在红外设备探测芯片顶部的多孔薄膜吸收材料。该方法分为两步进行：首先利用磁控溅射技术在氧化铝衬底上沉积NiCr-Ti前驱体薄膜，接着利用氢氟酸溶液进行刻蚀，目的为了去掉前驱体薄膜中的部分钛组元，最终形成以主要以镍铬合金为骨架的多孔薄膜材料(如图1所示)。

本发明技术方案，具体地包括如下步骤：

(1)选择衬底，并依次用丙酮、去离子水、无水乙醇超声清洗并烘干；