[发明专利]一种CrN纳米孔阵列之二维纳米结构可控尺寸之方法在审

专利信息
申请号: 201410382387.1 申请日: 2014-08-06
公开(公告)号: CN104141108A 公开(公告)日: 2014-11-12
发明(设计)人: 吴泓均;鲍明东;徐雪波 申请(专利权)人: 宁波工程学院
主分类号: C23C14/06 分类号: C23C14/06;C23C14/02;C23C14/35;C23C14/58;B82Y40/00;B82Y30/00
代理公司: 杭州丰禾专利事务所有限公司 33214 代理人: 张强
地址: 315211 *** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 crn 纳米 阵列 二维 结构 可控 尺寸 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于材料制备技术领域,具体涉及一种CrN纳米孔阵列之二维纳米结构可控尺寸之方法。

背景技术

近年来,对周期性纳米结构阵列的研究得到了越来越广泛的重视,几种能够制造周期纳米结构阵列的技术包含电化学蚀刻,X射线蚀刻方法,电子束蚀刻(EBL)及分子束外延(MBE)等。蚀刻技术虽然可以控制这些阵列的形态,但其高成本和复杂的过程限制了其应用。因此,许多研究人员试图开发低成本,高通量,高分辨率的蚀刻技术。

纳米压印光刻技术(NIL)作为一种替代方法,具有低成本和制备简单的优点,能产生大规模的纳米结构,并可以复制纳米结构的不同时期。

在硬质陶瓷涂层的制备过程中,需要使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统进行薄膜的沉积,使硬质陶瓷涂层具有优异的摩擦性、热稳定性、抗粘着及抗腐蚀特性。

纳米球光刻技术(NSL)是一种用于制造纳米模具阵列的技术,具有低成本和制备简单的优点,也是一种高产量的方法。

然而,目前现有技术中还存在着许多不足,包括纳米模具制备的抗粘效果(高接触角和低的表面自由能)的问题有待解决,因此,发展新的低表面自由能涂层材料已成为提高性能的关键。

发明内容

针对现有技术中的不足,本发明提供了一种CrN纳米孔阵列之二维纳米结构可控尺寸之方法,该方法采用纳米球旋布技术和纳米球光刻技术(NSL)相结合的途径制备尺寸精度精确可控的阵列模板,然后依靠该模板利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统(closed field unbalanced magnetron sputtering ion plating system, CFUBMIP) 进行CrN薄膜的沉积,形成纳米孔阵列结构。

本发明通过以下技术方案实现:一种CrN纳米孔阵列之二维纳米结构可控尺寸之方法,该方法包括以下步骤:(1)将基板置于氨水与过氧化氢的混合溶液中,超声进行亲水性处理;(2)通过旋转涂布法在基板上制备周期性排列的高分子纳米球的单层模板;(3)使用氧气作为蚀刻处理气体,对高分子纳米球进行蚀刻,获得蚀刻后的单层模板;(4)通过闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统对步骤(3)中的蚀刻后的单层模板进行CrN的溅射沉积;(5)将步骤(4)中沉积后的模板置于有机溶剂中,溶解除去高分子纳米球。

 本发明采用纳米球旋布技术和纳米球光刻相结合的途径制备阵列模板,通过对工艺条件的调整,能制备出尺寸精度精确可控的阵列模板。

作为优选,所述步骤(1)中氨水与过氧化氢的混合溶液中氨水和过氧化氢的体积比为1:1。亲水性处理的目的在于在基板上创建一个亲水性的表面。

作为优选,所述步骤(2)中旋转涂布机的转速为1200 rpm,转动时间4 分钟。此条件下能获得直径大小差不多的纳米球阵列。

作为优选,所述步骤(3)中蚀刻处理的功率为50w,时间为10~35分钟,通过控制蚀刻时间,可以获得尺寸不同的高分子纳米球,且同一时间下,所获得的高分子纳米球的尺寸大小差不多。

作为优选,所述步骤(4)中CrN的溅射沉积过程中,模板和靶之间的距离为150 mm,溅射腔体的基础压力抽至1.5×10-5 torr,基板偏压为-70V,Cr靶电流1A,且利用光谱发射监控仪调节氮气流量并控制镀层成分。

本发明利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统进行CrN薄膜的沉积,沉积在高分子纳米球之间的空隙中,获得具有CrN-高分子纳米球包裹结构的单层模板,同时该工艺条件能保证CrN具有很好的沉积效果,所形成的纳米结构具有低表面自由能的特点,且具有优异的抗摩擦性,热稳定性,抗粘着及抗腐蚀特性。

作为优选,所述步骤(5)中溶解除去高分子纳米球的过程分三次进行,其中第一次有机溶剂为二氯甲烷,第二次有机溶剂为丙酮,第三次有机溶剂为乙醇。选用三种水溶性从小到大的有机溶液,能很好的溶解高分子纳米球,留下CrN的纳米孔结构,该纳米孔阵列结构具有一个有序的二维周期结构。

作为优选,所述高分子纳米球所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种。

与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明实现通过旋转涂布机在基板上创建自组装的周期性排列的高分子纳米球单层模板,得到一个有序的二维周期结构的CrN纳米孔阵列。

本发明制备的CrN纳米孔阵列具有低表面自由能。

本发明制备工艺、设备简单,成本低廉,可控性强,并且工艺过程具有很高的可重复性,纳米孔阵列结构产率较高,所制备的纳米孔阵列结构表面光洁,没有污染。

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