本發(fā)明涉及超疏水材料領域，具體涉及一種具有類金鋼石陣列的結構件及其制備方法。

背景技術：

生物材料，特別是用于醫(yī)用植入體(如自動植入式心臟除顫器，尿?qū)Ч艿?和手術器具上的生物材料，由于直接與人體組織接觸，需滿足臨床使用的各種要求。除具備一般材料的良好物理、化學和力學性能外，還必須具有抗菌性，以免受細菌定植，進而導致在設備表面形成生物膜及感染細菌。生物膜是微生物為應對外界環(huán)境變化而自身分泌的胞外聚合物聚集于介質(zhì)表面所形成的菌落聚集體，生物膜的形成會增加細菌的耐藥性，提高臨床醫(yī)療的難度。因此，一般需要對醫(yī)用金屬、陶瓷材料進行表面改性，以提供其抗菌性。

類金剛石(diamond-like carbon，DLC)是一種含有sp²和sp³鍵合特征的非晶碳材料，具有高硬度、低摩擦、高熱導率、高透光性、化學惰性強及良好的生物相容性等優(yōu)異性能，DLC膜在光學窗口、刀具、模具等零部件、生物醫(yī)療器件等領域都具有廣闊的應用前景。DLC涂層作為醫(yī)學植入體材料表面改性層，其主要優(yōu)越性表現(xiàn)在：①DLC涂層機械強度與植入體材料的可適配性不僅保證了涂層與醫(yī)用植入體材料的牢固結合，而且增強了植入體負載部位的支撐強度；②高致密度DLC涂層其優(yōu)異的耐磨耐蝕性能不僅提高了生物-力學交互環(huán)境下植入體材料的耐腐蝕磨損能力，同時可有效屏蔽金屬離子向周圍組織和血液的擴散，進而抑制有害金屬離子溶入生物組織并阻止其對生物組織產(chǎn)生的毒性反應而引起的組織損傷，延長醫(yī)用材料服役壽命；③低毒性和高化學穩(wěn)定性的DLC涂層因其具有可調(diào)控表面界面性能而能夠適應植入體服役環(huán)境，降低人體對醫(yī)用植入材料的排異性并提高其與生物組織的相容性。但目前還未見單獨的DLC涂層就能具有抗菌性的報道。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明第一方面提供了一種具有類金鋼石陣列的結構件，其通過在基體上先沉積一層類金鋼石涂層，然后對其進行刻蝕，形成具有針尖狀尖端結構的類金鋼石納米針陣列。該具有類金鋼石陣列的結構件具有良好的抗菌性能，用以解決現(xiàn)有技術中類金剛石涂層備殺菌性弱或幾乎沒有抗菌性能的問題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種具有類金鋼石陣列的結構件，包括基體和設置在所述基體上的具有尖端結構的類金剛石納米針陣列，所述類金剛石納米針陣列通過對形成在所述基體上的一類金剛石涂層進行刻蝕得到。

優(yōu)選地，所述基體和類金剛石納米針陣列之間還設置有殘余類金鋼石涂層，所述類金剛石納米針陣列形成在所述殘余類金鋼石涂層表面。所述殘余類金鋼石涂層為一完整的涂層，不具有類金剛石納米針。進一步地，所述殘余類金鋼石涂層的厚度為100nm～3μm。所述殘余類金鋼石涂層的存在，更有利于提高基體和類金剛石納米針陣列的結合力。

優(yōu)選地，所述金剛石納米針陣列中的類金剛石納米針為錐狀結構，所述類金剛石納米針的長徑比為20～80，尖部直徑為10～100nm，底部直徑為30nm～2μm，針密度為10⁴～10⁹個·cm^-2。

其中，所述長徑比是指納米針的高度與所述納米針高度的一半所對應的直徑的比值。顯然地，所述底部直徑應不小于所述尖部直徑。

本申請中，所述金剛石納米針陣列中，類金剛石納米針的高度可以為均一的高度，也可以是高度不一的納米針，其高度在10nm～10μm之間變化。例如可以同時存在高度在100nm以下的納米針和高度為0.8-9μm的納米針。

進一步地，所述類金剛石納米針的高度為400nm～10μm。類金剛石納米針的高度呈梯度分布。

本申請中，所述類金剛石納米針的尺寸與細菌尺寸相近，長徑比較高。所述類金剛石納米針的尺寸可以完全一樣，也可以不完全一致，有一定的高低變化。所述類金剛石納米針的長徑比為30～60(優(yōu)選為35-55、40-50)；尖部直徑為10～50nm或60～100nm；底部直徑為800nm～2μm或者200～700nm或者30～200nm。所述針密度可以為10⁵～10⁹個·cm^-2，例如可以是10⁶～×10⁹個·cm^-2，10⁸個·cm^-2?？梢酝ㄟ^對類金剛石納米針尺寸和密度的調(diào)控，來優(yōu)化所述抗菌類金鋼石陣列材料的抗菌性能和哺乳類生物細胞相容性。

優(yōu)選地，所述基體為金屬、金屬合金、硬質(zhì)合金、不銹鋼、聚合物、玻璃和硅的一種或多種，但不限于此。特別是常用的植入材料，如鈦合金TC4等。

其中，所述金屬可以選自鈦Ti、鎳Ni、鉬Mo、鈮Nb、鉭Ta、釕Ru、鉑Pt中的任一種。所述金屬合金可以是鈦基合金、鈷基合金(如鈷鉻合金)、Ni-Ti合金、鎳基合金；所述硬質(zhì)合金可以是碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳化鈦基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基硬質(zhì)合金、碳化鉻基硬質(zhì)合金中的一種。

優(yōu)選地，當所述基體的材質(zhì)為醫(yī)用不銹鋼、聚合物、鈷基金屬合金、硬質(zhì)合金、玻璃和硅時，所述抗菌類金鋼石陣列材料還包括一過渡金屬層，所述過渡金屬層位于所述基體與所述殘余類金鋼石涂層之間。

進一步地，所述過渡金屬層的厚度為50～500nm。所述過渡金屬層中的金屬為Cr、Ti、Ni、Zr、W、Mo、Nb、Ta、Ru、Pt等過渡金屬元素中的一種。

本申請中，如果基體的材質(zhì)本身就是過渡金屬或熱膨脹系數(shù)差異較小的金屬合金(如鈦Ti、鎳Ni、鈮Nb、鉭Ta；鈦基合金、Ni-Ti合金、鎳基合金時)，直接在基體表面沉積類金鋼石涂層，就可使其牢固結合在基體表面，然后再刻蝕得到陣列。如果基體不為過渡金屬，則需要在基底上先沉積一層過渡金屬層，再在該過渡金屬層的基礎上沉積類金鋼石涂層，以提高類金鋼石涂層牢固結合在基體上。

本發(fā)明第一方面提供的具有類金鋼石陣列的結構件包括基體和設置在所述基體表面的具有尖端結構的類金剛石納米針陣列，所述類金剛石納米針陣列通過對形成在襯底層表面的類金剛石涂層進行刻蝕得到。所述類金鋼石納米針陣列不僅可以對細菌的細胞壁產(chǎn)生壓力，穿刺細菌的細胞壁使其伸展并最終溶解，導致細菌死亡，有效破壞生物膜的形成，賦予類金剛石涂層顯著的抗菌性能。此外，所述類金鋼石納米針陣列對于大多數(shù)細胞，特別是人體細胞而言，幾乎不具有毒性，還可支持人體細胞的粘附，可以應用于各種醫(yī)用植入體以及手術器具上，防止細菌感染，有利于人體健康。

第二方面，本發(fā)明提供了一種具有類金鋼石陣列的結構件的制備方法，包括以下步驟：

提供基體，對所述基體進行預處理；

將所述預處理后的基體置于鍍膜設備的真空室內(nèi)，在所述預處理后的基體上沉積類金剛石涂層；

對所述類金剛石涂層進行刻蝕，得到具有尖端結構的類金剛石納米針陣列。

優(yōu)選地，所述預處理包括超聲清洗、輝光清洗和離子刻蝕清洗中的一種或多種。

在本發(fā)明一實施方式中，可以先進行超聲清洗，之后將超聲清洗后的基底置于一沉積設備的真空室內(nèi)，先進行輝光清洗，再進行離子刻蝕清洗。這樣可以更好地保證待處理工件表面的清潔度。

其中，所述超聲清洗是依次在去離子水、丙酮、乙醇中進行超聲5-30min。在超聲清洗后，需要將基底吹干，再進行其他預處理。

其中，所述輝光清洗和所述離子刻蝕清洗均需要在真空度為5.0×10^-3Pa以下進行。

具體地，所述輝光清洗的條件為:向真空室內(nèi)通入氬氣，氬氣流量300～500sccm，工作氣壓為1.0～1.7Pa，基底偏壓-500～-800V，所述輝光清洗的時間為10～30min。

具體地，所述離子刻蝕清洗的條件為：開啟離子源，離子源電壓為50～90V；氬氣流量為70～300sccm，工作氣壓為0.5～1.2Pa，基底偏壓為-100～-800V；所述離子刻蝕清洗的時間為10～30min。

優(yōu)選地，當所述基體的材質(zhì)為醫(yī)用不銹鋼、聚合物、鈷基合金、硬質(zhì)合金、玻璃和硅時，在所述預處理之后以及沉積所述類金剛石涂層之前，還包括沉積一過渡金屬層。

進一步地，所述沉積過渡金屬層的步驟包括：向真空室內(nèi)通入氬氣，調(diào)節(jié)所述真空室的壓強為0.2～1.3Pa，開啟過渡金屬電弧靶，進行電弧沉積金屬過渡層，控制靶電流為80～200A，基底偏壓為-100～-300V，沉積時間為2～10min。

進一步地，所述過渡金屬層的厚度為50～500nm。

優(yōu)選地，所述氬氣的流量為50～400sccm。

其中，沉積所述類金剛石涂層的方法包括磁控濺射、熱絲化學氣相沉積(HFCVD)、等離子體增強化學氣相沉積，或其他常規(guī)的制備類金剛石涂層的方法。

在本發(fā)明一實施方式中，采用磁控濺射的方式來沉積類金剛石涂層，具體地，包括：向真空室中通入氬氣并開啟碳靶進行沉積，使所述真空室內(nèi)的壓強為0.5～1.0Pa，所述碳靶的靶功率為1～5kW，基底負偏壓為-50～-200V，沉積時間為30～600min。

在本發(fā)明一實施方式中，采用等離子體增強化學氣相沉積的方式來沉積類金剛石涂層，具體地，包括：向真空室中通入氣態(tài)碳源進行沉積，使所述真空室內(nèi)的壓強為0.5～1.0Pa，離子源電壓為50～100V，基底負偏壓為-50～-200V，沉積時間為30～600min。氣態(tài)碳源包括可以為甲烷、乙炔、丙酮等。此時，所述類金剛石涂層的厚度為500nm-10μm。

其中，所述類金剛石涂層的刻蝕是采用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕或者電子回旋共振微波等離子體化學氣相沉積(ECR-MWPCVD)刻蝕。此時，所述類金剛石涂層的厚度為500nm-10μm。

進一步地，所述ICP刻蝕的條件為：將沉積有類金剛石涂層的基體置于電感耦合等離子體刻蝕(ICP)腔體中，利用氫氣、氬氣、氧氣、氦氣、氮氣、氣態(tài)碳源、CF₄、C₄F₈和SF₆中的一種或多種為反應氣體，反應氣體的流量為5～200sccm，反應氣壓為0.1～10Pa，ICP的電源功率P_ICP為500～3000W，基片臺上射頻功率P_rf為50～300W，刻蝕時間為10～600min。此時，被刻蝕掉的類金剛石涂層的厚度為400nm～10μm。

本申請中，所述ICP的電源功率P_ICP對于氣體的離化率起到關鍵作用；射射頻功率P_rf是指加載在基片臺上(基體)的偏壓功率，P_rf決定刻蝕過程中物理轟擊所占的比重，對于刻蝕取向選擇性和速率起到關鍵作用。主要通過控制P_ICP和P_rf可以實現(xiàn)對最終刻蝕所得結構的形貌的控制。

進一步地，所述ECR-MWPCVD刻蝕的步驟包括：將沉積有類金剛石涂層的基體置于電子回旋共振微波等離子體化學氣相沉積(ECR-MWPCVD)設備中，通入氫氣，氣態(tài)碳源和氬氣中的一種或多種作為反應氣體，氣體壓力為5～8mTorr，直流負偏壓為75～230V，偏流為40～120mA，刻蝕時間為30分鐘～6小時。其中，所述氣態(tài)碳源可以為甲烷、乙炔、丙酮等氣態(tài)的碳源，優(yōu)選為甲烷。此時，此時，被刻蝕掉的類金剛石涂層的厚度為400nm～10μm。

優(yōu)選地，所述ECR-MWPCVD刻蝕時，通入的氣體為單獨的氫氣，或者是氫氣和氣態(tài)碳源的混合氣體，或者氫氣和氬氣的混合氣體，或者是氫氣、氣態(tài)碳源和氫氣構成的混合氣體。

此外，還可通過雙偏壓輔助HFCVD刻蝕方法進行刻蝕類金剛石涂層，形成的類金剛石納米針陣列。

本發(fā)明第二方面提供的一種具有類金鋼石陣列的結構件的制備方法，通過在基體上先沉積一層類金鋼石涂層，然后對其進行刻蝕，形成具有針尖狀尖端結構的類金鋼石納米針陣列，所述類金鋼石納米針陣列具有較好的抗細菌黏附、殺滅細菌的功能。所述制備方法簡單易操作，可以形成具有尖銳尖端的大面積類金鋼石納米針陣列，便于商業(yè)化的應用。

本發(fā)明的優(yōu)點將會在下面的說明書中部分闡明，一部分根據(jù)說明書是顯而易見的，或者可以通過本發(fā)明實施例的實施而獲知。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1、2制得的具有類金鋼石陣列的結構件的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例3-5制得的具有類金鋼石陣列的結構件的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例4、5制得的具有類金鋼石陣列的結構件與對比實施例1的抗菌性能測試結果。

具體實施方式

以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。

實施例1：

一種具有類金鋼石陣列的結構件的制備方法，包括：

(1)基體預處理：

提供鈷鉻合金作為基體，首先用蒸餾水將將該基體超聲清洗10min，再依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗20min，然后用氮氣將基體吹干，并放入鼓風干燥箱中100℃烘干；

將上述基體置于多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)的真空腔體中，先將真空腔體抽真空至本底真空度為5.0×10^-3Pa，打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質(zhì)量流量計向真空室內(nèi)通入氬氣對基體進行輝光清洗，其中，輝光清洗的條件為:氬氣流量300sccm，工作壓強為1.0Pa，基底偏壓為-800V，對基底進行輝光清洗，清洗時間為10min；輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子刻蝕清洗條件為：離子源電壓為90V，氬氣流量300sccm，氬氣的工作氣壓為1.2Pa，基底偏壓為-800V；清洗時間為10min；

(2)過渡金屬層沉積：在上述離子刻蝕清洗結束后，向真空室內(nèi)通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣流量使真空室的壓強為1.3Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為100A，基底偏壓為-300V，以電弧離子鍍方式進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為3min；其中，本實施例中以純Ti作電弧靶，所得Ti層的厚度為80nm。

(3)類金剛石層(DLC)沉積：在上一步得到的過渡金屬層上采用磁控濺射的方式進行DLC的沉積，向真空室內(nèi)通入氬氣并開啟碳靶(具體為純石墨靶)，調(diào)節(jié)氬氣流量使真空室內(nèi)的壓強為0.6Pa，碳靶功率為5kW，基底負偏壓為-30V，沉積時間為1.5h；其中，DLC層的厚度為2.5μm；

(4)DLC的刻蝕：上述DLC層的沉積結束后，關閉多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)，待基體溫度降至室溫，將基體置于電子回旋共振微波等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)(ECR-MWPCVD)中，抽真空至10^-5Pa，然后重新充氫氣至7mTorr，開啟ECR微波等離子體模式，外加電磁線圈提供的磁場在ECR區(qū)的強度為875高斯，采用如下條件進行反應離子刻蝕：通入氫氣和甲烷，甲烷/氫氣體積比：3％/97％，總氣體流量：20sccm，使氣體壓力為6.6mTorr，基體臺上加載的直流負偏壓為-220V，偏流為80mA，刻蝕時間為2小時，刻蝕完畢后關掉偏壓、微波電源、電磁線圈電源，關閉氣體，得到類金剛石納米針陣列；其中，刻蝕掉的DLC層的厚度(即類金剛石納米針的高度)為2μm，殘余的DLC層的厚度為500nm；所述類金剛石納米針的長徑比為50，尖部直徑為50nm，底部直徑為200nm，針密度為～10⁸cm^-2。

實施例2：

一種具有類金鋼石陣列的結構件的制備方法，包括：

(1)基體預處理：

提供聚醚醚酮(PEEK)基片作為基體，首先用蒸餾水將將該基體超聲清洗10min，再依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗20min，然后用氮氣將基體吹干，并放入鼓風干燥箱中80℃烘干；

將上述基體置于多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)中，抽真空至5.0×10^-3Pa，打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質(zhì)量流量計向真空室內(nèi)通入氬氣對基體進行輝光清洗,其中，輝光清洗的條件為向真空室內(nèi)通入氬氣，氬氣流量400sccm，工作壓強為1.4Pa,基底偏壓-500V，對基底進行輝光清洗，清洗時間為30min；輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子刻蝕清洗條件為：離子源電壓為50V，氬氣流量70sccm，氬氣的工作氣壓為0.5Pa，基底偏壓為-100V；清洗時間為30min；

(2)過渡金屬層沉積：在上述離子刻蝕清洗結束后，向真空室內(nèi)通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣流量(流量為50～400sccm)使真空室的壓強為1.0Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為150A，基底偏壓為-200V，以電弧離子鍍方式進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為10min；其中，本實施例中以純Ti作電弧靶，所得Ti層的厚度為500nm。

(3)類金剛石層(DLC)沉積：在上一步得到的過渡金屬層上采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方式進行DLC的沉積，向真空室中通入乙炔和氬氣，調(diào)節(jié)真空室內(nèi)的壓強為1.0Pa，離子源電壓為100V，基底負偏壓為-50V，沉積時間為10h；其中，DLC層的厚度為10μm；

(4)DLC的刻蝕：待上述DLC層的沉積結束后，關閉多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)，待基體溫度降至室溫，將基體置于電感耦合等離子體刻蝕(ICP)設備的腔體中，對基體進行等離子體刻蝕，采用ICP刻蝕的條件為：通入氧氣作為反應氣體，反應氣體的流量為20sccm，工作壓強為10Pa，ICP的頻率為13.56MHz，ICP的電源功率P_ICP為1000W，基片臺上射頻功率P_rf為200W，刻蝕時間為90min，刻蝕完畢后關掉ICP源，關閉氣體，得到類金剛石納米針陣列；其中，刻蝕掉的DLC層的厚度(即類金剛石納米針的高度)為～9μm，殘余的DLC層的厚度為1μm；所述類金剛石納米針的長徑比為～20，尖部直徑為60～100nm，底部直徑為800nm～1μm，針密度為～10⁴cm^-2。

圖1為本發(fā)明實施例1、2制得的抗菌類金鋼石陣列材料的結構示意圖。圖1中101為基體，102為過渡金屬層，1031為殘余的類金剛石層，1031為類金剛石納米針陣列，1031和1032的厚度總和為初始沉積的DLC層的厚度。

實施例3：

一種具有類金鋼石陣列的結構件的制備方法，包括：

(1)基體預處理：

提供Ni-Ti合金作為基體，首先用蒸餾水將將該基體超聲清洗10min，再依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗20min，然后用氮氣將基體吹干，并放入鼓風干燥箱中于120℃烘干；

將上述基體置于多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)中，在本底真空度為5.0×10^-3Pa的條件下，打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質(zhì)量流量計向真空室內(nèi)通入氬氣對基體進行輝光清洗，其中，輝光清洗的條件為:向真空室內(nèi)通入氬氣，氬氣流量500sccm，工作壓強為1.5Pa，基底偏壓-600V，對基底進行輝光清洗20min；輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗,離子刻蝕清洗條件為：離子源電壓為70V，氬氣流量150sccm，氬氣的工作氣壓為0.9Pa，基底偏壓為-550V；清洗時間20min；

(2)過渡金屬沉積：在上述離子刻蝕清洗結束后，向真空室內(nèi)通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣流量(50～400sccm)使真空室的壓強為1.0Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為100A，基底偏壓為-300V，以電弧離子鍍方式進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為4min；其中，本實施例中以純Ti作電弧靶，所得Ti層的厚度為100nm。

(3)類金剛石層(DLC)沉積：在上述離子刻蝕清洗結束后，將基體置于多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)中，采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方式在基體表面進行DLC的沉積，向真空室中通入乙炔和氬氣，調(diào)節(jié)真空室內(nèi)的壓強為0.9Pa，離子源電壓為80V，基底負偏壓為-100V，沉積時間為60min；其中，DLC層的厚度為0.5μm；

(4)DLC的刻蝕：待上述DLC層的沉積結束后，關閉多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)，待基體溫度降至室溫，將基體置于電感耦合等離子體刻蝕(ICP)設備的腔體中，對基體進行等離子體刻蝕，采用ICP刻蝕的條件為：通入CF₄或SF₆作為反應氣體，反應氣體的流量為40sccm，工作壓強為10Pa，ICP的頻率為13.56MHz，ICP的電源功率P_ICP為2000W，基片臺上射頻功率P_rf為150W，刻蝕時間為50min，刻蝕完畢后關掉ICP源，關閉氣體，得到類金剛石納米針陣列；其中，刻蝕掉的DLC層的厚度(即類金剛石納米針的高度)為450nm，殘余的DLC層的厚度為50nm；所述類金剛石納米針的長徑比為～10，尖部直徑為20nm，底部直徑為100nm，針密度為～10⁹cm^-2。

實施例4：

一種具有類金鋼石陣列的結構件的制備方法，包括：

(1)基體預處理：

提供鈦合金TC4作為基體，首先用蒸餾水將將該基體超聲清洗10min，再依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗20min，然后用氮氣將基體吹干，并放入鼓風干燥箱中150℃烘干；

將上述基體置于多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)中，在本底真空度為5.0×10^-3Pa的條件下，打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質(zhì)量流量計向真空室內(nèi)通入氬氣對基體進行輝光清洗，其中，輝光清洗的條件為:向真空室內(nèi)通入氬氣，氬氣流量450sccm，工作壓強為1.7Pa，基底偏壓-800V，對基底進行輝光清洗，清洗時間10min；輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子刻蝕清洗條件為：離子源電壓為80V，氬氣流量200sccm，氬氣的工作氣壓為1.0Pa，基底偏壓為-450V；清洗時間為20min；

(2)類金剛石層(DLC)沉積：在上述離子刻蝕清洗結束后，采用磁控濺射的方式在基體表面進行DLC的沉積，向真空室內(nèi)通入氬氣并開啟碳靶(具體為石墨靶)，調(diào)節(jié)氬氣流量使真空室內(nèi)的壓強為0.8Pa，碳靶功率為1kW，基底負偏壓為-100V，沉積時間為5小時；其中，DLC層的厚度為5μm；

(3)DLC的刻蝕：待上述DLC層的沉積結束后，關閉多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)，待基體溫度降至室溫，將基體置于電子回旋共振微波等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)(ECR-MWPCVD)中，抽真空至10^-5Pa，然后重新充氫氣至7mTorr，開啟ECR微波等離子體模式，外加電磁線圈提供的磁場在ECR區(qū)的強度為875高斯，采用如下條件進行反應離子刻蝕：通入氫氣，氣體流量為：20sccm，使氣體壓力為8mTorr，基體臺上加載的直流負偏壓為-150V，偏流為40-60mA，刻蝕時間為120min，刻蝕完畢后關掉偏壓、微波電源、電磁線圈電源，關閉氣體，得到類金剛石納米針陣列；其中，刻蝕掉的DLC層的厚度(即錐狀類金剛石納米針的高度)為800nm～2.5μm，殘余的DLC層的厚度為2.5μm。本實施例中所得類金剛石納米針的尖部直徑為10～40nm，底部直徑為350～750μm，針密度為～4×10⁸cm^-2。

實施例5：

一種具有類金鋼石陣列的結構件的制備方法，包括：

(1)基體預處理：

提供鈦合金TC4作為基體，首先用蒸餾水將將該基體超聲清洗10min，再依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗20min，然后用氮氣將基體吹干，并放入鼓風干燥箱中150℃烘干；

將上述基體置于多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)中，在本底真空度為5.0×10^-3Pa的條件下，打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質(zhì)量流量計向真空室內(nèi)通入氬氣對基體進行輝光清洗，其中，輝光清洗的條件為:向真空室內(nèi)通入氬氣，氬氣流量450sccm，工作壓強為1.7Pa，基底偏壓-800V，對基底進行輝光清洗，清洗時間10min；輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子刻蝕清洗條件為：離子源電壓為80V，氬氣流量200sccm，氬氣的工作氣壓為1.0Pa，基底偏壓為-450V；清洗時間為20min；

(2)類金剛石層(DLC)沉積：在上述離子刻蝕清洗結束后，采用磁控濺射的方式在基體表面進行DLC的沉積，向真空室內(nèi)通入氬氣并開啟碳靶(具體為石墨靶)，調(diào)節(jié)氬氣流量使真空室內(nèi)的壓強為0.8Pa，碳靶功率為1kW，基底負偏壓為-100V，沉積時間為5小時；其中，DLC層的厚度為5μm；

(3)DLC的刻蝕：待上述DLC層的沉積結束后，關閉多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)，待基體溫度降至室溫，將基體置于電子回旋共振微波等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)(ECR-MWPCVD)中，抽真空至10^-5Pa，然后重新充氫氣至7mTorr，開啟ECR微波等離子體模式，外加電磁線圈提供的磁場在ECR區(qū)的強度為875高斯，采用如下條件進行反應離子刻蝕：通入氫氣和氬氣，氬氣/氫氣體積比：45％/55％，總氣體流量：20sccm，使氣體壓力為5mTorr，基體臺上加載的直流負偏壓為-200V，偏流為40-60mA，刻蝕時間為240min，刻蝕完畢后關掉偏壓、微波電源、電磁線圈電源，關閉氣體，得到類金剛石納米針陣列；其中，殘余的DLC層的厚度為500nm，所得到的類金剛石納米針的針密度約為1.7×10⁸cm^-2，其分為兩個部分，其中小部分類金剛石納米錐非常小，高度小于100nm，尖部直徑為10～40nm，底部直徑小于100nm；而大多數(shù)納米錐的高度為3～4.5μm，底部直徑為100nm～2μm，尖部直徑為10～40nm。

圖2為本發(fā)明實施例3-5制得的抗菌類金鋼石陣列材料的結構示意圖。圖1中201為基體，2021為殘余的類金剛石層，2022為類金剛石納米針陣列，在所述殘余類金剛石層與基體之間沒有設置過渡金屬層。

對比實施例1

(1)基體預處理：

提供鈦合金TC4作為基體，首先用蒸餾水將將該基體超聲清洗10min，再依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗20min，然后用氮氣將基體吹干，并放入鼓風干燥箱中150℃烘干；

將上述基體置于多功能離子鍍膜設備(V-Tech MF610/610)中，在本底真空度為5.0×10^-3Pa的條件下，打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質(zhì)量流量計向真空室內(nèi)通入氬氣對基體進行輝光清洗，其中，輝光清洗的條件為:向真空室內(nèi)通入氬氣，氬氣流量450sccm，工作壓強為1.7Pa，基底偏壓-800V，對基底進行輝光清洗，清洗時間10min；輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子刻蝕清洗條件為：離子源電壓為80V，氬氣流量200sccm，氬氣的工作氣壓為1.0Pa，基底偏壓為-450V；清洗時間為20min；

(2)類金剛石層(DLC)沉積：在上述離子刻蝕清洗結束后，采用磁控濺射的方式在基體表面進行DLC的沉積，向真空室內(nèi)通入氬氣并開啟碳靶(具體為石墨靶)，調(diào)節(jié)氬氣流量使真空室內(nèi)的壓強為0.8Pa，碳靶功率為1kW，基底負偏壓為-100V，沉積時間為5小時；其中，DLC層的厚度為5μm；

效果實施例

為驗證本發(fā)明制得的材料具有抗菌性能，本發(fā)明還提供了效果實施例。將本發(fā)明實施例4、5制得的抗菌類金鋼石陣列材料分別進行抗菌性能測試，并在鈦合金TC4上沉積5μm厚的完整DLC層作為對比實施例1，其結果如圖3 所示，將綠膿桿菌分別作用在對比實施例1(鈦合金TC4+完整DLC層)，以及實施例4和實施例5所得類金剛石納米陣列上，(a)為表面形貌不同的基底附著的綠膿桿菌細菌總數(shù)；(b)為1h后死亡的綠膿桿菌所占的百分比。從圖3中的(b)中可以看出完整的類金剛石涂層(對比例1)以及實施例4和5所得類金剛石納米針列都具有一定的抗菌效果，但實施例4和5所得類金剛石納米針列的殺菌效果明顯比普通沒有刻蝕的完整類金剛石涂層的殺菌效果好得多。而對比不同條件下刻蝕的納米針列，可以看出實施例5所制得的類金剛石納米針列(高度不一的納米針)的殺菌效果更好一些。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。