一种低电压电解有机物在铜基体表面生长dlc膜的方法
【专利摘要】本发明涉及一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，包括以下步骤：1)在室温条件下，对铜箔进行超声清洗，并将铜箔置于抛光液中进行抛光处理，然后用去离子水冲洗干净；2)以经过预处理的铜箔为阴极，以不锈钢片电极为阳极，以含有有机碳源的水溶液为电解液，采用恒压电解的方式进行电解，控制温度范围为30～70℃，直至在阴极收集到黑色碳薄膜，即为DLC膜，采用本发明得到的DLC膜为200nm左右含碳颗粒组成；本发明同现有技术相比，该方法具有制备条件设备简单、能耗低、成本低廉、成膜均一性好等优点，且原料来源丰富，扩大了DLC膜制备技术中有机碳源和基体的选择范围，易于实现工业化生产。
【专利说明】
一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法
[技术领域]
[0001 ] 本发明属于化工领域，涉及一种金属表面的改性处理方法，具体地说是一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法。
[【背景技术】]
[0002]制备DLC膜的传统方法有很多种，大体上可以分为两类:物理气相沉积(PVD法)和化学气相沉积(CVD)法。以上方法均能沉积出质量较好的薄膜，但也有许多不足之处。例如它们首先都需要复杂且价格昂贵的设备，并且需要专门制备的原材料，特别是化学气相法，一般使用高纯甲烷和高纯氢等气体进行薄膜生长，不仅成本高且有一定危险性，实验操作难度大。另外，在使用上述方法时，薄膜生长温度通常在200°C以上，甚至达到100tC左右，这对基底材料提出了较高的要求。这些都在一定程度上限制了碳膜的进一步应用。而液相法设备简单、成本低廉，原料来源丰富;能够在大尺寸复杂表面进行薄膜生长;基体温度低，拓宽了基体材料的选择。
[0003]国家知识产权局于2015.8.26公开了一件公开号为CN 104862759A，名称为“一种常温、低电压条件下电沉积类金刚石薄膜的方法”的发明专利，该专利涉及一种液相电沉积制备类金刚石薄膜的方法。该发明方法以掺杂氟的二氧化锡导电玻璃、ITO或单晶硅为阴极，碳棒为阳极，卤代羧酸溶液为电解液。在常温条件下，通过在阴阳两电极之间施加3-15V的直流电压，可以在阴极上沉积出类金刚石薄膜。
[0004]国家知识产权局于2009.3.11公开了一件公开号为0附01381882六，名称为“一种低电压液相电沉积制备类金刚石薄膜的方法”，该专利涉及类金刚石膜制备技术领域，该发明方法以氧化铟锡导电玻璃为阴极，铂片为阳极，甲酰胺为电解液，在常温条件下，通过阴阳两电极之间施加3-30V的直流电压，可在氧化铟锡导电玻璃阴极上沉积出类金刚石薄膜。
[0005]国家知识产权局于2007.5.16公开了一件公开号为CN1962958A，名称为“液相电沉积制备类金刚石薄膜的方法”，该发明设计类金刚石薄膜制备技术领域。该发明方法采用二甲亚砜为电解液。电解电压为50-500V的高频脉冲直流电压。沉积温度在50?90°C;沉积过程中，汽化的电解液通过冷凝回流回到沉积池中。沉积前，基地选用硅片，先后经过在丙酮中超声处理、在氢氟酸溶液中浸泡处理;沉积中，采用高纯石墨为阳极，以经处理的基底硅片为阴极，两级间距设置为7mm。由于选用了介电常数较高和偶极矩较大的二甲亚砜为电解液，在较低的电压下制备出了类金刚石薄膜。该方法不仅设备简单，沉积温度低，在平整表面和不规则表面均能较大面积成膜，而且电解电压得到了显著地降低，成膜均匀性好，易于实现工业化，应用前景好。
[0006]尽管已有部分学者在乙腈、二甲亚砜、甲醇、乙醇等多种有机溶液中制备出DLC膜。然而，目前尚未发现低电压电解NMP水溶液在铜基体表面生长DLC膜的方法。
[
【发明内容】
]
[0007]本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，解决了现有技术中制备碳膜的方法成本高且有一定危险性，实验操作难度大等技术问题，并扩大了 DLC膜制备技术中有机碳源和基体的选择范围。
[0008]为实现上述目的设计一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，包括以下步骤，
[0009]I)对基体进行预处理:在室温条件下，对铜箔进行超声清洗，并将铜箔置于抛光液中进行抛光处理，然后用去离子水冲洗干净；
[0010]2)电解成膜:以经过预处理的铜箔为阴极，以不锈钢片电极为阳极，以含有有机碳源的水溶液为电解液，采用恒压电解的方式进行电解，控制温度范围为30?70°C，直至在阴极收集到黑色碳薄膜，即为DLC膜。
[0011]进一步地，步骤I)中，所述抛光液由磷酸和水组成，所述抛光液中，磷酸的体积比浓度为0.6?0.8。
[0012]进一步地，步骤I)中，将铜箔依次用丙酮和乙醇超声清洗，清洗后，用去离子水冲洗吹干。
[0013]进一步地，步骤I)中，将铜箔浸入抛光液中恒电压抛光处理，抛光处理后，用去离子水冲洗，并用惰性气体吹干。
[0014]进一步地，步骤I)中，所述铜箔为紫铜或者铜合金。
[0015]进一步地，步骤2)中，在电解液中，所述有机碳源为η-甲基吡咯烷酮，所述有机碳源的体积比浓度为0.1?0.5。
[0016]进一步地，步骤2)中，所述恒压电解的电压为I?20V。
[0017]进一步地，步骤2)中，所述恒压电解的电压为2?5V。
[0018]进一步地，步骤2)中，所述电解液经超声20?30分钟混合均匀。
[0019]进一步地，步骤2)之后，还包括将得到碳膜的铜基体用去离子水冲洗后，采用冷风或惰性气体吹干的方式处理后保存的步骤。
[0020]本发明同现有技术相比，通过采用电解有机物在铜及各类铜合金材料表面生长DLC膜，该方法具有制备条件设备简单、能耗低、成本低廉、成膜均一性好等优点，且原料来源丰富，易于实现工业化生产;此外，本发明能够在大尺寸复杂表面进行薄膜生长，拓宽了基体材料的选择，并通过改变有机碳源和水的比例，调节溶液的介电常数，降低成膜的电压，从而降低制备成本，解决了现有技术中的制备碳膜的方法采用的成本高且有一定危险性，实验操作难度大等技术问题，并扩大了 DLC膜制备技术中有机碳源和基体的选择范围，值得推广应用。
[【附图说明】]
[0021 ]图1为本发明实施例1中铜箔表面DLC膜层的扫描电镜照片；
[0022]图2为本发明实施例2中铜箔表面DLC膜层的扫描电镜图片；
[0023]图3为本发明实施例1中铜箔表面DLC膜层的透射电镜照片。
[【具体实施方式】]
[0024]本发明提供了一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，包括以下步骤:I)一个对基体进行预处理的步骤:在室温条件下，对铜箔进行超声清洗，并将铜箔置于抛光液中进行抛光处理，然后用去离子水冲洗干净;2)—个电解成膜的步骤:以经过预处理的铜箔为阴极，以不锈钢片电极为阳极，以含有有机碳源的水溶液为电解液，采用恒压(I?20V)电解的方式进行电解，控制温度范围为30?70°C，直至在阴极收集到黑色碳薄膜，SP为DLC膜，采用本发明得到的DLC膜为200nm左右含碳颗粒组成。
[0025]上述的步骤I)中，铜箔为紫铜或者铜合金，将铜箔依次用丙酮和乙醇超声清洗，清洗后，用去离子水冲洗吹干后再进行抛光处理;抛光液由磷酸和水组成，在所述的抛光溶液中，磷酸的体积比浓度为0.6?0.8 ；将铜箔浸入抛光液中丨旦电压抛光处理，抛光处理后，用去离子水冲洗，并用惰性气体吹干。步骤2)中，在所述的电解液中，有机碳源为η-甲基吡咯烷酮，该有机碳源的体积比浓度为0.1?0.5;电解液经超声20?30分钟混合均匀;恒压电解的电压为2?5V。步骤2)之后，还包括将得到碳膜的铜基体用去离子水冲洗后，采用冷风或惰性气体吹干的方式处理后保存的步骤。
[0026]下面结合具体实施例对本发明作以下进一步说明:
[0027]实施例1
[0028]一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，具体包括如下步骤:
[0029](I)将铜箔依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干;随后浸入抛光液中恒电压抛光处理一段时间，取出后用去离子水冲洗，并用惰性气体吹干；
[0030]其中，铜箔为TU1紫铜(铜元素含量为99.95%);抛光液中，磷酸与水的体积比为7:3 ；抛光电压为2.4V，抛光时间为5min。
[0031](2)以处理好的铜箔为阴极，以不锈钢片电极为阳极，以含有有机碳源的水溶液为电解液，采用恒压电解的方式，控制温度条件下电解一段时间直至在阴极收集到一定厚度的DLC膜。
[0032]其中，有机碳源为η-甲基吡咯烷酮(匪P)，体积比浓度为0.1;所述的水为去离子水;恒压电解的电压为2V;所述的控制温度为40°C;时间为12h。
[0033](3)将得到碳膜的铜基体用去离子水冲洗后，采用冷风或惰性气体吹干的方式处理后保存。
[0034]上述得到的铜箔表面碳膜形貌的电镜照片如附图1所示，从附图1中可以看出，样品表面呈150nm-200nm微纳米碳球组成致密的DLC膜层结构。
[0035]实施例2
[0036]一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，具体包括如下步骤:
[0037](I)将铜箔依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干;随后浸入抛光液中恒电压抛光处理一段时间，取出后用去离子水冲洗，并用惰性气体吹干；
[0038]其中，铜箔为1~2紫铜(铜元素含量为99.9%);抛光液中，磷酸与水的体积比为7:3;抛光电压为2.4V，抛光时间为5min。
[0039](2)以处理好的铜箔为阴极，以不锈钢片电极为阳极，以含有有机碳源的水溶液为电解液，采用恒压电解的方式，控制温度条件下电解一段时间直至在阴极收集到一定厚度DLC 膜。
[0040]其中，有机碳源为η-甲基吡咯烷酮(匪P)，体积比浓度为0.2;恒压电解的电压为5V;所述的控制温度为40°C ;时间为8h。
[0041](3)将得到碳膜的铜基体用去离子水冲洗后，采用冷风或惰性气体吹干的方式处理后保存。
[0042]上述得到的铜箔表面碳膜形貌的电镜照片如附图2所示，从附图2中可以看出，样品表面呈200nm微纳米球结构.
[0043]综上所述，一种低电压电解有机物在铜基体表面生长微纳米碳球的方法，由于采用了在基体表面电解有机物生成包覆DLC膜的方式，并且可以在低电压2V?5V下成膜。提高了生产安全性并降低了能耗。
[0044]本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于，包括以下步骤， 1)对基体进行预处理:在室温条件下，对铜箔进行超声清洗，并将铜箔置于抛光液中进行抛光处理，然后用去离子水冲洗干净； 2)电解成膜:以经过预处理的铜箔为阴极，以不锈钢片电极为阳极，以含有有机碳源的水溶液为电解液，采用恒压电解的方式进行电解，控制温度范围为30?70°C，直至在阴极收集到黑色碳薄膜，即为DLC膜。2.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤I)中，所述抛光液由磷酸和水组成，所述抛光液中，磷酸的体积比浓度为0.6?0.8。3.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤I)中，将铜箔依次用丙酮和乙醇超声清洗，清洗后，用去离子水冲洗吹干。4.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤I)中，将铜箔浸入抛光液中恒电压抛光处理，抛光处理后，用去离子水冲洗，并用惰性气体吹干。5.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤I)中，所述铜箔为紫铜或者铜合金。6.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤2)中，在电解液中，所述有机碳源为η-甲基吡咯烷酮，所述有机碳源的体积比浓度为0.1?0.5。7.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤2)中，所述恒压电解的电压为I?20V。8.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤2)中，所述恒压电解的电压为2?5V。9.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤2)中，所述电解液经超声20?30分钟混合均匀。10.如权利要求1所述的低电压电解有机物在铜基体表面生长DLC膜的方法，其特征在于:步骤2)之后，还包括将得到碳膜的铜基体用去离子水冲洗后，采用冷风或惰性气体吹干的方式处理后保存的步骤。
【文档编号】C25D5/34GK105908235SQ201610301955
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】张全生, 张立恒, 张道明, 霍孟飞, 任桢, 周敦凡
【申请人】上海应用技术学院