[发明专利]一种复合薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：A)在基底表面制备金属催化剂薄膜，将表面制备有金属催化剂薄膜的基底再置于PECVD设备的反应腔体中，将所述反应腔体加热，通入载气与碳源气体，接通电源，反应后得到阵列碳纳米管薄膜；B)关闭电源，停止通入碳源气体，向所述反应腔体中继续通入载气，接通电源对碳纳米管薄膜进行刻蚀后关闭电源；C)将所述反应腔体冷却，通入反应气体后接通电源，反应后得到复合薄膜。本发明提供了一种原位复合薄膜的制备方法。该方法利用等离子体增强化学气相沉积方法在基底上制备阵列的碳纳米管薄膜，在此基础上继续制备所需要的薄膜，通过控制工艺，实现基体薄膜与碳纳米管的复合。

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种碳纳米管纤维增强复合薄膜的制备方法。

背景技术

碳纳米管以其优异的力学和电学性能而受到广泛的关注。研究表明，碳纳米管的密度约为钢的1/6，而抗拉强度能够达到50-200GPa，约为钢的100倍、碳纤维的2倍。利用碳纳米管与传统的工业材料复合，可明显提高复合材料的弹性、强度与抗疲劳性能。增强纤维的长径比是决定复合材料强度的关键因素，而碳纳米管的长径比通常在1000:1以上，因此碳纳米管是理想的高强度增强纤维。碳纳米管还具有良好的电学性能，还能够一定程度的改善复合材料的电学性能。利用碳纳米管增强的传统块体材料已在机械、电子、能源以及航空航天等领域得到了应用。

近年来，随着薄膜技术的快速发展，各种先进功能薄膜在减磨耐磨、润滑、光学、微电子、电磁的领域发挥了重要作用。薄膜的结构也由最初的单元素结构向多元、梯度、多层等复杂结构发展。由于薄膜制备工艺的复杂性，制备纤维增强结构的复合薄膜具有一定的难度。

传统化学气相沉积方法制备的薄膜，最大的缺点就是薄膜中存在较大的应力，而导致薄膜的开裂与失效。纤维增强的复合结构最大的优势在于增韧，通过与碳纳米管的复合，能够有效分散薄膜中产生的高应力，增加薄膜韧性，提高薄膜寿命。另一方面，许多传统的功能薄膜是脆性的，随着柔性电子器件的快速发展，对其产生了新的挑战，通过加入碳纳米管进行纤维复合，能够有效的提升整个复合薄膜体系的韧性，解决传统脆性功能薄膜在柔性电子器件领域应用的难题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种复合薄膜的制备方法，本申请制备的复合薄膜具有较好的综合性能。

有鉴于此，本申请提供了一种复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

A)，在基底表面制备金属催化剂薄膜，将表面制备有金属催化剂薄膜的基底置于PECVD设备的反应腔体中，将所述反应腔体加热，通入载气与碳源气体，接通电源，反应后得到碳纳米管薄膜；

B)，关闭电源，停止通入碳源气体，向所述反应腔体中继续通入载气，接通电源对碳纳米管薄膜进行刻蚀后关闭电源；

C)，将所述反应腔体冷却，通入反应气体后接通电源，反应后得到复合薄膜。

优选的，得到碳纳米管薄膜的过程具体为：

将表面制备有金属催化剂薄膜的基底置于PECVD设备的反应腔体中，将所述反应腔体加热至温度超过450℃，通入载气，继续加热所述反应腔体至500～600℃，再通入碳源气体，接通电源，反应后得到碳纳米管薄膜。

优选的，制备催化剂薄膜的方法为蒸发法或溅射法。

优选的，步骤A)中，所述载气为氢气与氩气，所述氩气的流量为20～60sccm，所述氢气的流量为15～30sccm。

优选的，步骤A)中，所述电源的功率为10W～200W，所述金属催化剂薄膜的厚度为1～50nm，所述金属催化剂薄膜为铁、钴、镍或上述元素复合的薄膜。

优选的，步骤B)中，所述电源功率为200～500W，所述刻蚀的时间为1～5min。