[发明专利]一种微纳结构非晶碳薄膜、低温沉积方法及应用

说明书

本发明涉及功能薄膜材料技术领域，具体涉及一种微纳结构非晶碳薄膜及其低温沉积方法，包括以下步骤：①将小分子碳源均匀铺设在坩埚内，随后将坩埚置于箱式炉内；②将衬底架于坩埚开口正上方，关闭炉门；③启动加热，将炉子加热至沉积温度后进行保温处理，待沉积完毕后冷却至室温，得到微纳结构非晶碳薄膜。本发明以小分子碳源为原料，采用热蒸发法进行碳膜沉积，该制备方法具有沉积速度快，设备简易，重复性高等优点，可实现大规模制备。制备出的非晶碳薄膜表面呈现微纳结构，能够广泛应用于NOsubgt;2/subgt;气体检测和识别等技术领域。

技术领域

本发明涉及功能薄膜材料技术领域，具体涉及一种微纳结构非晶碳薄膜、低温沉积方法及应用。

背景技术

非晶碳薄膜具有高比表面积、化学性质稳定、良好的导热性和透光性、抗湿性等特点，在半导体、气体吸附分离、催化、燃料电池、超级电容器等领域有广泛的应用。

目前，溅射法和化学气相沉积法是常用的制备非晶碳膜的方法。如专利CN202211262732公开了一种离子束复合溅射沉积制备非晶碳薄膜及掺Cr非晶碳薄膜的方法。溅射法虽可实现非晶碳薄膜的制备，但是溅射法沉积速率较慢，需要较长的时间来制备薄膜，限制了其在大规模生产中的应用。且溅射法需要使用离子源等高成本设备，增加了设备的制造和维护成本。专利CN201610144655.5公开了一种利用低温化学气相沉积技术制备非晶碳薄膜的方法，虽可实现非晶碳薄膜的制备，但所需设备复杂，投资和运行成本高，且沉积速率较慢，无法满足大规模生产的需求。因此，目前亟需一种沉积速度快，所需设备简单的非晶碳薄膜的制备方法。

发明内容

针对目前制备非晶碳薄膜所需的设备复杂，沉积速率较慢的问题，本发明提供了一种微纳结构非晶碳薄膜及其低温沉积方法，以小分子碳源为原料，采用热蒸发法进行碳膜沉积，该制备方法具有沉积速度快，设备简易，重复性高等优点，可实现大规模制备。制备出的非晶碳薄膜表面呈现微纳结构，对NO₂气体具有高灵敏度和选择性，能够用于NO₂气体检测和识别。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种微纳结构非晶碳薄膜的低温沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将小分子碳源均匀铺设在坩埚内，随后将坩埚置于箱式炉内；

S2：将衬底架于坩埚开口正上方，关闭炉门；

S3：启动加热，将炉子加热至沉积温度后进行保温处理，待沉积完毕后冷却至室温，得到微纳结构非晶碳薄膜。

进一步地，所述小分子碳源为葡萄糖、果糖、蔗糖、柠檬酸、草酸、抗坏血酸中的一种或多种。

进一步地，所述小分子碳源的添加量为0.1～1g。

进一步地，所述小分子碳源与衬底的间距为2～10cm。

进一步地，所述沉积温度为160～350℃，保温时间为1～60min。

进一步地，所述衬底为玻璃，陶瓷、金属材料中的一种。

进一步地，所述坩埚为玻璃或陶瓷坩埚；坩埚开口为圆形或方形。

进一步地，所述衬底表面生长有氧化钨纳米片，所述微纳结构非晶碳薄膜沉积于氧化钨纳米片上。

由以上任一项低温沉积方法所制备出的微纳结构非晶碳薄膜呈非晶碳结构，表面分布有微纳米级包状凸起。

上述沉积有微纳结构非晶碳薄膜的氧化钨纳米片在检测和识别NO₂领域中的应用。

与现有的技术相比，本发明具有如下的有益效果：