超薄類金剛石薄膜過濾膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超薄類金剛石薄膜過濾膜，該過濾膜包括基底和直接附著在基底上的超薄類金剛石薄膜層，且薄膜層具有納米量級孔徑的通道。本發(fā)明提供的超薄類金剛石薄膜過濾膜具有高硬度，優(yōu)異的耐磨性以及優(yōu)異的化學惰性，可應(yīng)用于分離、過濾和提純等技術(shù)中，有益于環(huán)境保護和能源節(jié)約。
【專利說明】超薄類金剛石薄膜過濾膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在基材表面真空鍍膜領(lǐng)域，特別涉及一種超薄類金剛石薄膜過濾膜，以及過濾膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]類金剛石(Diamond like carbon-DLC)薄膜是一種非晶態(tài)薄膜，由sp2和sp3雜化碳原子組成，因而表現(xiàn)出介于金剛石和石墨之間的性質(zhì)。類金剛石薄膜具有高硬度、高彈性模量、低摩擦因數(shù)、耐磨損、良好的真空摩擦學特性以及優(yōu)異的化學惰性，在機械、電子、光學、外觀裝飾等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。
[0003]自從1971年,SolAisenberg和RonaldChabot利用離子束沉積的方法首次制備類金剛石薄膜起，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，DLC薄膜的制備技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，發(fā)展出各種各樣的制備技術(shù)。其中，DLC薄膜的制備技術(shù)分為物理氣相沉積(PVD)與化學氣相沉積(CVD)兩大類。物理氣相沉積主要包括離子束沉積、濺射沉積、陰極真空弧沉積、等離子體沉積、脈沖激光沉積等；化學氣相沉積是指將源物質(zhì)以化學反應(yīng)的方式產(chǎn)生某種固態(tài)物質(zhì)來形成薄膜的沉積方式，通常得到的是含H的DLC薄膜。
[0004]目前，主流的DLC薄膜的研究基本上都是基于薄膜與基底的結(jié)合為基礎(chǔ)的，因此DLC薄膜的常規(guī)應(yīng)用一般是鍍在各種工件上，利用其某些優(yōu)越性能，來改善、提高作為基底的工件的性能。同時，現(xiàn)有技術(shù)中大多采用脈沖電壓，則大大影響了薄膜的沉積速率，從而影響了制備效率。
[0005]自支撐薄膜的制備方法與基底上的薄膜基本相同。特別地，在自支撐薄膜的制備方法中，通常以借助脫膜劑的方式制備類金剛石薄膜，整個流程分為制膜、脫膜、打撈三個步驟。在一些現(xiàn)有技術(shù)中，自支撐薄膜的制備方法是首先在硅片基底上沉積納米厚度的氯化鈉膜作為脫膜劑，隨后在氯化鈉膜上沉積類金剛石薄膜，最后將制成的單元放入去離子水中采用漂浮法進行脫膜，最終使用多孔打撈板進行打撈、干燥后獲得類金剛石薄膜。但是，借助脫膜劑獲得的類金剛石薄膜最后是“托”在了有孔洞的載體上，與載體之間僅有很小的接觸面，與載體之間無結(jié)合力，作為過濾膜用于過濾液體或氣體時難以承受大的沖擊力，難以密封，使用壽命較短，同時，在打撈過程中，由于納米薄膜的脆性會造成薄膜的損傷。
[0006]在另外一些現(xiàn)有技術(shù)中，則采用了在一些可溶性基底的表面沉積薄膜后用化學腐蝕的方法將襯底溶解。然而，可溶性襯底都存在某種程度的缺陷，在實際應(yīng)用中，例如金屬基底由于金屬的擴散會使得制備的薄膜不純凈，有一些基底由于吸潮還會造成薄膜的鼓起，還有一些則由于有機溶劑在溶解基底的同時還會溶解已沉積好的薄膜，由此可以看出，上述這些制備方法都會使制得的薄膜受到不同程度的損傷，甚至會造成薄膜的破裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明人進行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):碳離子直接沉積在有孔洞的載體上或是光刻膠上，獲得存在納米量級通道的薄膜，從而完成本發(fā)明。
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種超薄類金剛石薄膜過濾膜，該過濾膜包括以下部分:
[0009]基底和
[0010]薄膜層，
[0011]其中，所述薄膜層為由碳離子沉積得到的超薄類金剛石薄膜層，該薄膜層直接附著在基底上，薄膜層厚度為5納米到10微米，其中存在納米量級的通道，所述基底為有孔洞的載體或是光刻膠。
[0012]本發(fā)明的另一目的在于由本發(fā)明所提供的超薄類金剛石薄膜過濾膜用作在過濾、分離和提純技術(shù)中的過濾膜。
[0013]本發(fā)明提供了一種超薄類金剛石薄膜過濾膜，該過濾膜具有以下優(yōu)點:
[0014](I)存在納米量級孔徑的通道，具有出色的分離過濾性能且仍能部分保留金剛石楊氏模量、硬度等物理性能，明顯優(yōu)于一般金屬、陶瓷和有機物的薄膜；
[0015](2)具有優(yōu)異的耐蝕性，各類酸、堿甚至王水都很難侵蝕它，用途廣，可廣泛用于海水淡化、收集重金屬元素、處理廢液、污水處理、飲用水凈化等，從而有益于環(huán)境保護和能源節(jié)約。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1示出由實施例1所得的超薄類金剛石薄膜的拉曼光譜；
[0017]圖2示出通過原子力顯微鏡對實施例5所得的超薄類金剛石薄膜的表面形態(tài)掃描圖；
[0018]圖3示出本發(fā)明所得的超薄類金剛石薄膜的實際膜厚的線性擬合圖；
[0019]圖4示出由對比例中在不同放電脈沖數(shù)下所得的超薄類金剛石薄膜的實際膜厚的線性擬合圖。
[0020]圖5示出由本發(fā)明所得的超薄類金剛石薄膜過濾膜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6示出類金剛石薄膜過濾膜的過濾示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過對本發(fā)明進行詳細說明，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將隨著這些說明而變得更為清楚、明確。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種超薄類金剛石薄膜過濾膜，該過濾膜包括以下部分:
[0024]基底和
[0025]薄膜層，
[0026]其中，所述薄膜層為由碳離子沉積得到的超薄類金剛石薄膜層，該薄膜層直接附著在基底上，薄膜層厚度為5納米到10微米，其中存在納米量級的通道，所述基底為有孔洞的載體或是光刻膠。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，所述的載體的材質(zhì)并不受到限制，金屬材料或是非金屬材料均可。載體的孔洞的尺寸可根據(jù)實際需求來決定，特別地，優(yōu)選納米級或是微米級。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，所述的超薄類金剛石薄膜中存在納米量級孔徑的通道，特別地，通道的孔徑為I?5納米，優(yōu)選I?3納米，更優(yōu)選I納米左右。如圖6所示，由于薄膜中存在納米量級的通道，因此，在過濾液體或是氣體時，小分子物質(zhì)能夠快速通過，而大分子則被阻擋在薄膜外，從而起到過濾、分離和提純的作用。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，當碳離子沉積在基底上時，可以覆蓋住載體的孔洞。
[0030]在本發(fā)明中，光刻膠的品種并不受到限制，正性膠、負性膠均可。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，碳離子直接沉積在基底上，直接與基底有作用力，使得薄膜層與基底的結(jié)合力大，從而增強薄膜層的耐沖擊性能以及延長薄膜層的使用壽命。
[0032]在本發(fā)明中，碳離子以大于O度且小于等于90度的入射角度入射到基底上，然后在基底上沉積成膜。其中，入射角度即入射碳離子與基底平面的夾角。由于入射角度可調(diào)，則入射碳離子的沉積速率以及薄膜層的均勻性均可調(diào)。
[0033]經(jīng)本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當入射角度接近O度時，碳離子在基底的沉積速率較快，薄膜的均勻性好；當入射角度為90度時，相對入射角為O度時，沉積速率快，沉積的薄膜較為均勻，因此，可根據(jù)實際需求和實際情況調(diào)節(jié)碳離子的入射角度，從而兼顧沉積速率和薄膜的均勻性。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，所述超薄類金剛石薄膜層的厚度為5納米到10微米，并且由于該薄膜存在納米量級孔徑的通道，因此，該薄膜對水和有機溶劑具有超快的透過速率，也能快速透過小分子的氣體，而對于溶劑中的大分子和氣體中的大分子，則進行阻擋。
[0035]在優(yōu)選的實施方式中，當基底為有孔洞的載體時，超薄類金剛石薄膜過濾膜由以下步驟制備得到:
[0036]步驟1，清洗基底，基底為有孔洞的載體，清洗并干燥后，放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上；
[0037]步驟2，抽真空，對真空沉積腔室抽真空；
[0038]步驟3，薄膜沉積，開啟觸發(fā)電壓，引燃電弧，使得以石墨為陰極的表面氣化并電離，同時在電弧電壓的作用下維持電弧，噴射出來的粒子流通過一個外加偏濾線圈的彎管后，碳離子最終在有孔洞的載體上直接沉積成膜，同時，通過測量膜厚，實時控制沉積過程，即得超薄類金剛石薄膜過濾膜。
[0039]所制備得到的過濾膜剖面結(jié)構(gòu)如圖5所示，碳離子沉積后的薄膜直接附著在有孔洞的基底上，可以對液體或是氣體進行過濾、分離和提純。
[0040]根據(jù)上述制備方法，在基底放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺之前，需要對基底進行清洗，從而避免一些污染物對薄膜質(zhì)量的影響，造成薄膜的鼓起，不均勻或是破裂。清洗的方式有多種，特別地，選擇在有機溶劑中，例如在丙酮或/和乙醇中超聲清洗，清洗完成后，可自然晾干或是在一定溫度下烘干，備用。
[0041]在上述制備方法中，噴射出來的粒子流經(jīng)過彎管過濾作用后，直接沉積在存在孔洞的基底上，即獲得超薄類金剛石薄膜過濾膜。基底在長膜的過程中旋轉(zhuǎn)。
[0042]在優(yōu)選的實施方式中，噴射出來的粒子流經(jīng)過彎管過濾到達基臺時，通過調(diào)節(jié)碳離子的入射角度來調(diào)控工藝，入射角度為入射碳離子與基底平面的夾角，調(diào)節(jié)的夾角范圍為大于O度且小于等于90度。碳離子在孔洞的邊緣沉積，然后逐漸向里延伸，最后將孔洞全部覆蓋，通過調(diào)節(jié)碳離子的入射角度，從而控制薄膜的生長，特別是薄膜的均勻性。其中，當入射角度接近O度，優(yōu)選大于O度且小于等于15度，更優(yōu)選大于O度小于10度，沉積速率較快，薄膜的均勻性好；當入射角度接近90度時，相對入射角接近O度時，沉積速率快，沉積的薄膜較為均勻，特別地，當入射角度接近O度時，基底的孔洞的尺寸優(yōu)選為100納米以內(nèi)。在O度到90度之間，當入射角度逐漸增大時，沉積速率也逐漸增大。因此，可根據(jù)實際需求和實際情況調(diào)節(jié)碳離子的入射角度，從而兼顧沉積速率和薄膜的均勻性。為了確保沉積效果以及所形成的薄膜的厚度及其均一性，基底的孔洞的尺寸優(yōu)選為80納米以內(nèi)，更優(yōu)選為50納米以內(nèi)，最優(yōu)選為10納米以內(nèi)。在優(yōu)選的實施方式中，當基底為光刻膠時，超薄類金剛石薄膜由以下步驟制得:
[0043]步驟1，光刻膠定型(勻膠、烘干等)后，放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上；
[0044]步驟2，抽真空，對真空沉積腔室抽真空；
[0045]步驟3，薄膜沉積，開啟觸發(fā)電壓，引燃電弧，使得以石墨為陰極的表面氣化并電離，同時在電弧電壓的作用下維持電弧，噴射出來的粒子流通過一個外加偏濾線圈的彎管后，碳離子最終在光刻膠上直接沉積成膜，然后將其在掩模板下曝光，顯影后，即得超薄類金剛石薄膜過濾膜。
[0046]所制備得到的過濾膜剖面結(jié)構(gòu)如圖5所示，碳離子沉積后的薄膜直接附著在經(jīng)過曝光后形成孔洞的光刻膠上，可以對液體或是氣體進行過濾、分離和提純。
[0047]當基底為光刻膠時，光刻膠定型后根據(jù)需要進行處理。
[0048]根據(jù)上述制備方法，噴射出來的粒子流經(jīng)過彎管過濾后，直接沉積在光刻膠上。特別地，碳離子在定型后的光刻膠上長好膜后，將其在掩模板下曝光，可根據(jù)需求選擇掩膜板，顯影后在光刻膠上得到需要的孔洞，同時不會損害已沉積好的超薄類金剛石薄膜，即得超薄類金剛石薄膜過濾膜。此方法可以在光刻膠上制做出幾十納米到幾百微米的孔洞。此時，對于孔洞的尺寸沒有特別限制，只要其能滿足對薄膜形成有效的機械/力學支撐，以使薄膜在制備和后續(xù)的使用過程中免遭損害，并不損害作為過濾材料使用時的過濾效果即可。
[0049]通過在存在孔洞的基底直接沉積薄膜或是在光刻膠上直接沉積薄膜，選擇性曝光后顯影，均可獲得直接長在有孔洞的基底上的超薄類金剛石薄膜過濾膜，這樣的類金剛石薄膜與基底直接相互作用，結(jié)合緊密牢靠，能承受氣體和液體的較大沖擊力，同時使用壽命長，此外，可根據(jù)實際需求靈活控制孔洞的大小。
[0050]在所述步驟2中，可選用機械泵或/和高真空分子泵進行抽吸，將真空沉積室內(nèi)抽真空至(I?9)X10_4Pa。在優(yōu)選的實施方式中，在抽真空后，可向真空沉積腔室內(nèi)充入氬氣，從而進一步提高在步驟3中電弧放電的穩(wěn)定性。特別地，充入氬氣的量為使得腔內(nèi)壓強達至Ij (0.2 ?I) X l(T2Pa。
[0051]在上述步驟3中，開啟觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓為12KV，引燃電弧，在陰極上產(chǎn)生陰弧斑，由此產(chǎn)生的高電流足以把以石墨為陰極的表面氣化并電離，同時，通過電弧電壓維持電弧。
[0052]在優(yōu)選的實施方式中，電弧電壓為直流電弧電壓，直流電弧電壓使得陰極穩(wěn)定持續(xù)地放電，從而增大沉積速率，提高了類金剛石薄膜的制備效率。直流電弧電壓為30V?70V，特別地，優(yōu)選為50?60V，可達到最佳的薄膜質(zhì)量和沉積速率，從而提高了薄膜的制備效率，且得到的薄膜厚度均勻。
[0053]另外，由于弧斑區(qū)的溫度很高，因此產(chǎn)生等離子的同時，還伴隨著陰極材料的液滴產(chǎn)生，又由于石墨材質(zhì)較為疏松，這也會增加宏觀中性顆粒的產(chǎn)生。這些宏觀顆粒隨粒子流一起到達基底時，會嚴重影響薄膜的質(zhì)量。因此，讓噴射出來的粒子流通過一個外加偏濾線圈的彎管，偏濾線圈產(chǎn)生的磁場可以過濾掉影響成膜質(zhì)量的大顆粒和中性團簇，特別地，設(shè)置一個90度的彎管，可達到最佳的濾除效果，濾除90%以上的宏觀中性顆粒。其中，通過線圈電流的大小可調(diào)節(jié)上述彎管磁場的大小，偏濾線圈電流為3?12A，同時線圈電流的大小也會影響離子流的沉積速率。
[0054]本發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在碳離子到達基片支撐臺時，通過調(diào)控基片偏壓可調(diào)節(jié)入射離子的能量，從而調(diào)節(jié)薄膜中SP3與SP2雜化碳原子的比例，則進一步地，精確調(diào)控了薄膜中通道的數(shù)量和分布。
[0055]其中，偏壓可為脈沖偏壓或是直流偏壓。特別地，基片直流偏壓為-10?-100V，優(yōu)選為-30?-90V ;基片脈沖偏壓為-100?-1000V。
[0056]根據(jù)本發(fā)明，通過對薄膜沉積過程的實時控制，可以更精確地控制膜厚，最終得到的膜厚與期望膜厚的誤差小。其中，可通過測量沉積膜厚對沉積過程實時控制，從而得到與期望膜厚誤差很小的薄膜。
[0057]綜合而言，由于可以通過調(diào)節(jié)入射碳離子的能量來精確調(diào)控sp2和sp3雜化碳原子的比例，進而能夠調(diào)控沉積薄膜通道的數(shù)量和分布，因此，可根據(jù)實際需求，對不同的要分離過濾的分子做出相應(yīng)調(diào)整，得到符合需求通道的薄膜。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，由本發(fā)明提供的超薄類金剛石薄膜過濾膜用作在分離，過濾以及提純技術(shù)中的過濾膜。
[0059]根據(jù)本發(fā)明提供的類金剛石薄膜過濾膜，特別地，由于薄膜的厚度為5納米到10微米，并且存在納米量級孔徑的通道，特別地，通道的孔徑為I?5納米，優(yōu)選I?3納米，更優(yōu)選I納米左右。且此通道的分布和數(shù)量均可調(diào)，則可以對不同的要分離過濾的分子做出相應(yīng)調(diào)整。
[0060]另外，此通道對水和有機溶劑具有超快的透過速率，也能快速透過小分子的氣體，而對于溶劑中的大分子和氣體中的大分子，則進行阻擋，因而此類金剛石薄膜可以用于分離、過濾、提純等技術(shù)。利用此薄膜透過不同尺寸分子的速率差異，應(yīng)用此薄膜于分離納米量級氣體分子時，具有高純度凈化氣體、分離大分子氣體、過濾毒氣等作用；同時由于類金剛石薄膜具有化學惰性，優(yōu)異的耐蝕性，各類酸、堿甚至王水都很難侵蝕它，因此可以廣泛用于海水淡化、收集重金屬元素、處理廢液、污水處理、飲用水凈化等，有益于環(huán)境保護和能源節(jié)約。
[0061]實施例
[0062]以下通過具體實例進一步描述本發(fā)明。這些實例僅僅是范例性的，并不對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成任何限制。
[0063]實施例1
[0064](I)清洗基底，在丙酮中超聲清洗后烘干，然后放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上，其中，基底為孔洞尺寸為20納米的多孔陶瓷載體；
[0065](2)對真空沉積腔室抽真空至9X 10_4Pa，向真空沉積室內(nèi)充入氬氣，使得腔內(nèi)壓強為 I X IO-2Pa ；
[0066](3)開啟觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓為12KV，引燃電弧，使得以石墨為陰極的電極氣化并電離，同時，在55V的直流電弧電壓下維持陰極持續(xù)穩(wěn)定的放電，噴射出來的粒子流通過外加偏濾線圈90度彎管后，碳離子最終在基底上直接沉積成膜，并通過測量沉積膜厚，實時控制沉積過程，其中，碳離子的入射角度為3度，偏濾線圈的電流為7A。通過原子力顯微鏡測得所得超薄類金剛石薄膜厚度為46納米，通道的孔徑為I納米左右。
[0067]實施例2
[0068](I)光刻膠定型(勻膠、烘干等)后，放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上；
[0069](2)抽真空，對真空沉積腔室抽真空至9X 10_4Pa，向真空沉積室內(nèi)充入氬氣，使得腔內(nèi)壓強為IXlO-2Pa;
[0070](3)薄膜沉積開啟觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓為12KV，引燃電弧，使得以石墨為陰極的電極氣化并電離，同時，在50V的直流電弧電壓下維持陰極持續(xù)穩(wěn)定的放電，噴射出來的粒子流通過外加偏濾線圈的90度彎管后，碳離子最終在光刻膠上直接沉積成膜，并通過測量沉積膜厚，實時控制沉積過程，最后在掩膜板下曝光，顯影后，在光刻膠上得到孔徑為400納米的孔洞。其中，偏濾線圈的電流為7A。通過原子力顯微鏡測得所得超薄類金剛石薄膜厚度為32納米，通道的孔徑為I納米左右。
[0071]實施例3
[0072](I)清洗基底，在丙酮中超聲清洗基底后烘干，然后放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上，其中基底為孔洞尺寸為50nm的多孔陶瓷載體；
[0073](2)對真空沉積腔室抽真空至9X10_4Pa，然后向真空沉積室內(nèi)充入氬氣，使腔內(nèi)壓強達到I X IO-2Pa ；
[0074](3)開啟觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓為12KV，引燃電弧，使得以石墨為陰極的電極氣化并電離，同時，在50V的直流電弧電壓下維持陰極持續(xù)穩(wěn)定的放電，噴射出來的粒子流通過外加偏濾線圈90度彎管后，到達放置基底的基片支撐臺時，加載基片直流偏壓，碳離子最終在基底上直接沉積成膜，并通過測量沉積膜厚，實時控制沉積過程，其中，碳離子的入射角度為6度，偏濾線圈的電流為7A。通過原子力顯微鏡測得所得超薄類金剛石薄膜厚度為83納米，通道的孔徑為I納米左右。
[0075]實施例4
[0076](I)光刻膠定型(勻膠、烘干等)后，放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上；
[0077](2)抽真空，對真空沉積腔室抽真空至9X 10_4Pa，向真空沉積室內(nèi)充入氬氣，使得腔內(nèi)壓強為IXlO-2Pa;
[0078](3)薄膜沉積開啟觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓為12KV，引燃電弧，使得以石墨為陰極的電極氣化并電離，同時，在50V的直流電弧電壓下維持陰極持續(xù)穩(wěn)定的放電，噴射出來的粒子流通過外加偏濾線圈的90度彎管后，到達放置基底的基片支撐臺，加載基片直流偏壓，碳離子最終在光刻膠上直接沉積成膜，并通過測量沉積膜厚，實時控制沉積過程，然后在掩膜板下曝光，顯影后，在光刻膠上得到需要的孔洞，孔洞直徑為850納米。其中，偏濾線圈的電流為7A，基片直流偏壓為-30V。通過原子力顯微鏡測得所得超薄類金剛石薄膜厚度為143納米，通道的孔徑為I納米左右。
[0079]實施例5
[0080](I)清洗基底，在丙酮中超聲清洗拋光硅片后烘干，然后放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上；[0081](2)對真空沉積腔室抽真空至9X10_4Pa，然后向真空沉積室內(nèi)充入氬氣，使腔內(nèi)壓強達到I X IO-2Pa ；
[0082](3)設(shè)定沉積膜厚為20納米，開啟觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓為12KV，引燃電弧，使得以石墨為陰極的電極氣化并電離，同時，設(shè)定碳離子的入射角度為90度，在55V的直流電弧電壓下維持陰極放電，噴射出來的粒子流通過外加偏濾線圈90度彎管后，到達放置基底的基片支撐臺，基片直流偏壓設(shè)為-32V，偏濾線圈的電流為7A，碳離子在硅片上沉積成膜，通過測量沉積膜厚，實時控制沉積過程。通過原子力顯微鏡測得所得超薄類金剛石薄膜厚度為22納米，通道的孔徑為I納米左右。
[0083]實施例6
[0084]重復(fù)實施例5，其中，在步驟(3)中，設(shè)定沉積膜厚分別為:30納米、40納米、60納米、80納米，通過測量膜厚，對沉積過程實時控制，其他條件均不變。通過原子力顯微鏡測得所得的超薄類金剛石薄膜厚度分別為28納米、39納米、64納米、73納米。
[0085]實施例7
[0086]重復(fù)實施例1，其中，改直流電弧電壓為脈沖電弧電壓，其余條件均不變。
[0087]對比例
[0088]對比例I
[0089]重復(fù)實施例5，其中，在步驟(3)中，設(shè)置不同放電脈沖數(shù)控制膜厚，不通過測量膜厚對沉積過程實時控制，脈沖數(shù)分別為5000、8000、10000、15000、20000，其他條件均不變。通過原子力顯微鏡測得不同脈沖數(shù)下所得的超薄類金剛石薄膜厚度分別為8納米、17納米、28納米、27納米、45納米。
[0090]試驗例
[0091]柃曼光譜
[0092]利用激光拉曼光譜儀測量實施例1中所得超薄類金剛石薄膜過濾膜的分子結(jié)構(gòu)，其結(jié)果如圖1所示。
[0093]根據(jù)圖1所示，譜圖中的光譜在1530?1590波數(shù)處有一個寬峰并在1320?1345波數(shù)附近有一個低的肩部，兩者分別與類金剛石膜的G (graphite)帶和D (diamond)帶相對應(yīng)，是典型的類金剛石膜的拉曼譜，這說明實施例1所制備的過濾膜具有類金剛石結(jié)構(gòu)。
[0094]表面形態(tài)測暈
[0095]利用原子力顯微鏡(AFM)對實施例1所得的超薄類金剛石薄膜過濾膜的表面形態(tài)進行掃描，其結(jié)果如圖2所示。
[0096]根據(jù)圖2所示，可以看出，在有孔洞的載體上沉積得到的超薄類金剛石薄膜過濾膜能夠完好地覆蓋基底表面。
[0097]對比例膜厚誤差分析
[0098]對對比例I以及根據(jù)對比例條件獲得的超薄類金剛石薄膜中不同放電脈沖數(shù)下所得的超薄類金剛石薄膜的實際膜厚進行線性擬合后，結(jié)果如圖4所示。
[0099]根據(jù)圖4所示，可以看出，對比例I中最后沉積的膜厚在一定范圍內(nèi)波動，實際得到的薄膜厚度與期望膜厚的誤差約為±35%。
[0100]實施例膜厚誤差分析
[0101]對根據(jù)實施例中條件制備的本發(fā)明超薄類金剛石薄膜的膜厚進行線性擬合后，結(jié)果如圖3所示。
[0102]根據(jù)圖3所示，由實施例制備所得的超薄類金剛石薄膜與各自的期望膜厚的誤差均在±10%以內(nèi)。
[0103]由此可以看出，由本發(fā)明提供的制備方法得到的薄膜厚度精確度高。
_4] 薄膜的沉積速率
[0105]根據(jù)相應(yīng)的時間內(nèi)沉積得到的膜厚除以相應(yīng)的沉積時間測定各實施例的薄膜沉積的速率，則結(jié)果如下表1所示:
[0106]表1
[0107]
【權(quán)利要求】
1.一種超薄類金剛石薄膜過濾膜，該過濾膜包括以下部分: 基底和 薄膜層， 其中，所述薄膜層為由碳離子沉積得到的超薄類金剛石薄膜層，該薄膜層直接附著在基底上，薄膜層厚度為5納米到10微米，其中存在納米量級孔徑的通道，所述基底為有孔洞的載體或是光刻膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾膜，其特征在于，碳離子直接沉積在基底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾膜，其特征在于，碳離子以大于O度且小于等于90度的入射角度入射到基底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾膜，其特征在于，當基底為有孔洞的載體時，超薄類金剛石薄膜過濾膜由以下步驟制備得到: 步驟I)，清洗基底，清洗并干燥后，放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上； 步驟2)，抽真空，對真空沉積腔室抽真空； 步驟3)，薄膜沉 積，開啟觸發(fā)電壓，引燃電弧，使得以石墨為陰極的表面氣化并電離，同時在電弧電壓的作用下維持電弧，噴射出來的粒子流通過一個外加偏濾線圈的彎管后，碳離子最終在有孔洞的載體上直接沉積成膜，同時，通過測量膜厚，實時控制沉積過程，即得超薄類金剛石薄膜過濾膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過濾膜，其特征在于，噴射出的粒子流經(jīng)過彎管過濾后，當碳離子以接近O度的入射角度入射時，基底的通道孔洞的孔徑尺寸為100納米以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾膜，其特征在于，當基底為光刻膠時，超薄類金剛石過濾膜由以下步驟制備得到: 步驟I)，光刻膠定型后，放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上； 步驟2)，抽真空，對真空沉積腔室抽真空； 步驟3)，薄膜沉積，開啟觸發(fā)電壓，引燃電弧，使得以石墨為陰極的表面氣化并電離，同時在電弧電壓的作用下維持電弧，噴射出來的粒子流通過一個外加偏濾線圈的彎管后，碳離子最終在光刻膠上直接沉積成膜，同時，通過測量膜厚，實時控制沉積過程，最后將其在掩模板下曝光，顯影后，即得超薄類金剛石薄膜過濾膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4~6任一項所述的過濾膜，其特征在于，在步驟3)中，所述電弧電壓為直流電弧電壓，電壓為30V~70V，優(yōu)選為50~60V，或/和所述彎管為90度彎管。
8.根據(jù)權(quán)利要求4~7任一項所述的過濾膜，其特征在于，在步驟3)中，噴射出來的粒子流通過彎管后，碳離子到達放置基底的基片支撐臺時，加載直流或/和脈沖基片偏壓，其中，直流偏壓為-10~-100V，優(yōu)選為-30~-90V，脈沖偏壓為-100~-1000V。
9.根據(jù)權(quán)利要求4~8任一項所述的過濾膜，其特征在于，將基底作處理后，放置在真空沉積腔室內(nèi)的基片支撐臺上；對真空沉積腔室抽真空至(I~9) X10_4Pa，然后向真空沉積腔室內(nèi)充入氬氣使得腔內(nèi)壓強達到(0.2~I) X IO-2Pa ;開啟觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓為12KV，偏濾線圈的電流為3~12A。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄類金剛石薄膜過濾膜用作在液體或氣體的過濾、分離和提純技術(shù)中的過濾膜。
【文檔編號】B82Y40/00GK104014254SQ201410239501
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】顏學慶, 朱軍高, 李韞慧 申請人:北京大學