一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長dlc膜的方法
【專利摘要】本發明涉及一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，包括以下步驟：1)在室溫條件下，對銅箔進行超聲清洗，并將銅箔置于拋光液中進行拋光處理，然后用去離子水沖洗干凈；2)以經過預處理的銅箔為陰極，以不銹鋼片電極為陽極，以含有有機碳源的水溶液為電解液，采用恒壓電解的方式進行電解，控制溫度范圍為30～70℃，直至在陰極收集到黑色碳薄膜，即為DLC膜，采用本發明得到的DLC膜為200nm左右含碳顆粒組成；本發明同現有技術相比，該方法具有制備條件設備簡單、能耗低、成本低廉、成膜均一性好等優點，且原料來源豐富，擴大了DLC膜制備技術中有機碳源和基體的選擇范圍，易于實現工業化生產。
【專利說明】
一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法
[技術領域]
[0001 ] 本發明屬于化工領域，涉及一種金屬表面的改性處理方法，具體地說是一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法。
[【背景技術】]
[0002]制備DLC膜的傳統方法有很多種，大體上可以分為兩類:物理氣相沉積(PVD法)和化學氣相沉積(CVD)法。以上方法均能沉積出質量較好的薄膜，但也有許多不足之處。例如它們首先都需要復雜且價格昂貴的設備，并且需要專門制備的原材料，特別是化學氣相法，一般使用高純甲烷和高純氫等氣體進行薄膜生長，不僅成本高且有一定危險性，實驗操作難度大。另外，在使用上述方法時，薄膜生長溫度通常在200°C以上，甚至達到100tC左右，這對基底材料提出了較高的要求。這些都在一定程度上限制了碳膜的進一步應用。而液相法設備簡單、成本低廉，原料來源豐富;能夠在大尺寸復雜表面進行薄膜生長;基體溫度低，拓寬了基體材料的選擇。
[0003]國家知識產權局于2015.8.26公開了一件公開號為CN 104862759A，名稱為“一種常溫、低電壓條件下電沉積類金剛石薄膜的方法”的發明專利，該專利涉及一種液相電沉積制備類金剛石薄膜的方法。該發明方法以摻雜氟的二氧化錫導電玻璃、ITO或單晶硅為陰極，碳棒為陽極，鹵代羧酸溶液為電解液。在常溫條件下，通過在陰陽兩電極之間施加3-15V的直流電壓，可以在陰極上沉積出類金剛石薄膜。
[0004]國家知識產權局于2009.3.11公開了一件公開號為0附01381882六，名稱為“一種低電壓液相電沉積制備類金剛石薄膜的方法”，該專利涉及類金剛石膜制備技術領域，該發明方法以氧化銦錫導電玻璃為陰極，鉑片為陽極，甲酰胺為電解液，在常溫條件下，通過陰陽兩電極之間施加3-30V的直流電壓，可在氧化銦錫導電玻璃陰極上沉積出類金剛石薄膜。
[0005]國家知識產權局于2007.5.16公開了一件公開號為CN1962958A，名稱為“液相電沉積制備類金剛石薄膜的方法”，該發明設計類金剛石薄膜制備技術領域。該發明方法采用二甲亞砜為電解液。電解電壓為50-500V的高頻脈沖直流電壓。沉積溫度在50?90°C;沉積過程中，汽化的電解液通過冷凝回流回到沉積池中。沉積前，基地選用硅片，先后經過在丙酮中超聲處理、在氫氟酸溶液中浸泡處理;沉積中，采用高純石墨為陽極，以經處理的基底硅片為陰極，兩級間距設置為7mm。由于選用了介電常數較高和偶極矩較大的二甲亞砜為電解液，在較低的電壓下制備出了類金剛石薄膜。該方法不僅設備簡單，沉積溫度低，在平整表面和不規則表面均能較大面積成膜，而且電解電壓得到了顯著地降低，成膜均勻性好，易于實現工業化，應用前景好。
[0006]盡管已有部分學者在乙腈、二甲亞砜、甲醇、乙醇等多種有機溶液中制備出DLC膜。然而，目前尚未發現低電壓電解NMP水溶液在銅基體表面生長DLC膜的方法。
[
【發明內容】
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[0007]本發明的目的就是要解決上述的不足而提供一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，解決了現有技術中制備碳膜的方法成本高且有一定危險性，實驗操作難度大等技術問題，并擴大了 DLC膜制備技術中有機碳源和基體的選擇范圍。
[0008]為實現上述目的設計一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，包括以下步驟，
[0009]I)對基體進行預處理:在室溫條件下，對銅箔進行超聲清洗，并將銅箔置于拋光液中進行拋光處理，然后用去離子水沖洗干凈；
[0010]2)電解成膜:以經過預處理的銅箔為陰極，以不銹鋼片電極為陽極，以含有有機碳源的水溶液為電解液，采用恒壓電解的方式進行電解，控制溫度范圍為30?70°C，直至在陰極收集到黑色碳薄膜，即為DLC膜。
[0011]進一步地，步驟I)中，所述拋光液由磷酸和水組成，所述拋光液中，磷酸的體積比濃度為0.6?0.8。
[0012]進一步地，步驟I)中，將銅箔依次用丙酮和乙醇超聲清洗，清洗后，用去離子水沖洗吹干。
[0013]進一步地，步驟I)中，將銅箔浸入拋光液中恒電壓拋光處理，拋光處理后，用去離子水沖洗，并用惰性氣體吹干。
[0014]進一步地，步驟I)中，所述銅箔為紫銅或者銅合金。
[0015]進一步地，步驟2)中，在電解液中，所述有機碳源為η-甲基吡咯烷酮，所述有機碳源的體積比濃度為0.1?0.5。
[0016]進一步地，步驟2)中，所述恒壓電解的電壓為I?20V。
[0017]進一步地，步驟2)中，所述恒壓電解的電壓為2?5V。
[0018]進一步地，步驟2)中，所述電解液經超聲20?30分鐘混合均勻。
[0019]進一步地，步驟2)之后，還包括將得到碳膜的銅基體用去離子水沖洗后，采用冷風或惰性氣體吹干的方式處理后保存的步驟。
[0020]本發明同現有技術相比，通過采用電解有機物在銅及各類銅合金材料表面生長DLC膜，該方法具有制備條件設備簡單、能耗低、成本低廉、成膜均一性好等優點，且原料來源豐富，易于實現工業化生產;此外，本發明能夠在大尺寸復雜表面進行薄膜生長，拓寬了基體材料的選擇，并通過改變有機碳源和水的比例，調節溶液的介電常數，降低成膜的電壓，從而降低制備成本，解決了現有技術中的制備碳膜的方法采用的成本高且有一定危險性，實驗操作難度大等技術問題，并擴大了 DLC膜制備技術中有機碳源和基體的選擇范圍，值得推廣應用。
[【附圖說明】]
[0021 ]圖1為本發明實施例1中銅箔表面DLC膜層的掃描電鏡照片；
[0022]圖2為本發明實施例2中銅箔表面DLC膜層的掃描電鏡圖片；
[0023]圖3為本發明實施例1中銅箔表面DLC膜層的透射電鏡照片。
[【具體實施方式】]
[0024]本發明提供了一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，包括以下步驟:I)一個對基體進行預處理的步驟:在室溫條件下，對銅箔進行超聲清洗，并將銅箔置于拋光液中進行拋光處理，然后用去離子水沖洗干凈;2)—個電解成膜的步驟:以經過預處理的銅箔為陰極，以不銹鋼片電極為陽極，以含有有機碳源的水溶液為電解液，采用恒壓(I?20V)電解的方式進行電解，控制溫度范圍為30?70°C，直至在陰極收集到黑色碳薄膜，SP為DLC膜，采用本發明得到的DLC膜為200nm左右含碳顆粒組成。
[0025]上述的步驟I)中，銅箔為紫銅或者銅合金，將銅箔依次用丙酮和乙醇超聲清洗，清洗后，用去離子水沖洗吹干后再進行拋光處理;拋光液由磷酸和水組成，在所述的拋光溶液中，磷酸的體積比濃度為0.6?0.8 ；將銅箔浸入拋光液中丨旦電壓拋光處理，拋光處理后，用去離子水沖洗，并用惰性氣體吹干。步驟2)中，在所述的電解液中，有機碳源為η-甲基吡咯烷酮，該有機碳源的體積比濃度為0.1?0.5;電解液經超聲20?30分鐘混合均勻;恒壓電解的電壓為2?5V。步驟2)之后，還包括將得到碳膜的銅基體用去離子水沖洗后，采用冷風或惰性氣體吹干的方式處理后保存的步驟。
[0026]下面結合具體實施例對本發明作以下進一步說明:
[0027]實施例1
[0028]一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，具體包括如下步驟:
[0029](I)將銅箔依次用丙酮、乙醇超聲清洗，并用去離子水沖洗吹干;隨后浸入拋光液中恒電壓拋光處理一段時間，取出后用去離子水沖洗，并用惰性氣體吹干；
[0030]其中，銅箔為TU1紫銅(銅元素含量為99.95%);拋光液中，磷酸與水的體積比為7:3 ；拋光電壓為2.4V，拋光時間為5min。
[0031](2)以處理好的銅箔為陰極，以不銹鋼片電極為陽極，以含有有機碳源的水溶液為電解液，采用恒壓電解的方式，控制溫度條件下電解一段時間直至在陰極收集到一定厚度的DLC膜。
[0032]其中，有機碳源為η-甲基吡咯烷酮(匪P)，體積比濃度為0.1;所述的水為去離子水;恒壓電解的電壓為2V;所述的控制溫度為40°C;時間為12h。
[0033](3)將得到碳膜的銅基體用去離子水沖洗后，采用冷風或惰性氣體吹干的方式處理后保存。
[0034]上述得到的銅箔表面碳膜形貌的電鏡照片如附圖1所示，從附圖1中可以看出，樣品表面呈150nm-200nm微納米碳球組成致密的DLC膜層結構。
[0035]實施例2
[0036]一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，具體包括如下步驟:
[0037](I)將銅箔依次用丙酮、乙醇超聲清洗，并用去離子水沖洗吹干;隨后浸入拋光液中恒電壓拋光處理一段時間，取出后用去離子水沖洗，并用惰性氣體吹干；
[0038]其中，銅箔為1~2紫銅(銅元素含量為99.9%);拋光液中，磷酸與水的體積比為7:3;拋光電壓為2.4V，拋光時間為5min。
[0039](2)以處理好的銅箔為陰極，以不銹鋼片電極為陽極，以含有有機碳源的水溶液為電解液，采用恒壓電解的方式，控制溫度條件下電解一段時間直至在陰極收集到一定厚度DLC 膜。
[0040]其中，有機碳源為η-甲基吡咯烷酮(匪P)，體積比濃度為0.2;恒壓電解的電壓為5V;所述的控制溫度為40°C ;時間為8h。
[0041](3)將得到碳膜的銅基體用去離子水沖洗后，采用冷風或惰性氣體吹干的方式處理后保存。
[0042]上述得到的銅箔表面碳膜形貌的電鏡照片如附圖2所示，從附圖2中可以看出，樣品表面呈200nm微納米球結構.
[0043]綜上所述，一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長微納米碳球的方法，由于采用了在基體表面電解有機物生成包覆DLC膜的方式，并且可以在低電壓2V?5V下成膜。提高了生產安全性并降低了能耗。
[0044]本發明并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于，包括以下步驟， 1)對基體進行預處理:在室溫條件下，對銅箔進行超聲清洗，并將銅箔置于拋光液中進行拋光處理，然后用去離子水沖洗干凈； 2)電解成膜:以經過預處理的銅箔為陰極，以不銹鋼片電極為陽極，以含有有機碳源的水溶液為電解液，采用恒壓電解的方式進行電解，控制溫度范圍為30?70°C，直至在陰極收集到黑色碳薄膜，即為DLC膜。2.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟I)中，所述拋光液由磷酸和水組成，所述拋光液中，磷酸的體積比濃度為0.6?0.8。3.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟I)中，將銅箔依次用丙酮和乙醇超聲清洗，清洗后，用去離子水沖洗吹干。4.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟I)中，將銅箔浸入拋光液中恒電壓拋光處理，拋光處理后，用去離子水沖洗，并用惰性氣體吹干。5.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟I)中，所述銅箔為紫銅或者銅合金。6.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟2)中，在電解液中，所述有機碳源為η-甲基吡咯烷酮，所述有機碳源的體積比濃度為0.1?0.5。7.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟2)中，所述恒壓電解的電壓為I?20V。8.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟2)中，所述恒壓電解的電壓為2?5V。9.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟2)中，所述電解液經超聲20?30分鐘混合均勻。10.如權利要求1所述的低電壓電解有機物在銅基體表面生長DLC膜的方法，其特征在于:步驟2)之后，還包括將得到碳膜的銅基體用去離子水沖洗后，采用冷風或惰性氣體吹干的方式處理后保存的步驟。
【文檔編號】C25D5/34GK105908235SQ201610301955
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】張全生, 張立恒, 張道明, 霍孟飛, 任楨, 周敦凡
【申請人】上海應用技術學院