专利名称：多烷基环戊烷和自组装膜组成的双层纳米膜的制备方法
技术领域：
本发明叙述了一种多垸基环戊垸和自组装膜组成的双层纳米膜的制备方法。
背景技术：
由于优异的性能和低的成本，微电子机械系统(简称MEMS)及计算机硬 盘工业在过去20年获得了迅速的发展，并得到了广泛使用。但粘着现象和摩擦 问题严重影响MEMS的成品率，并可以直接导致微器件的失效，自组装单分子 膜(SAMs)同基底结合牢固，有低的表面能和良好的润滑作用，然而SAMs在 器件运行过程中易发生磨损并失去润滑作用。至于计算机硬盘，目前常用的方法 是先在磁存储层表面制备坚硬的类金刚石碳薄膜或CNx保护层，再在保护层表 面涂覆极薄的润滑膜，通常选用全氟聚醚(PFPE)润滑油制备磁盘保护润滑膜。 但是，PFPE同磁头常用材料八1203在摩擦过程中可发生化学作用产生路易斯酸 A1F3， A1F3则可反过来催化降解PFPE。多烷基环戊烷(MAC)蒸气压低、化学 稳定性好、摩擦学性能优良，是极有前途的新型磁盘、磁带等磁记录介质用润滑 剂。因此，将MAC与自组装膜很好的结合有望解决MEMS和计算机硬盘的润 滑问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多烷基环戊烷和自组装膜组成的双层纳米膜的 制备方法。
本发明用普通硅垸偶联剂或全氟硅烷偶联剂在羟基化的单晶硅表面利用气 相法制备单分子自组装膜，然后用旋涂方法再在自组装单分子表明形成一层流动 性的多垸基环戊垸(MAC)，而制备成由MAC和自组装单分子膜组成的纳米双层 膜。
本发明的制备方法依次包括A和B两个步骤 A.功能化有机硅烷自组装单层薄膜的制备
将盛有硅烷偶联剂的容器放置在可通氮气的含有羟基化硅片的高压釜中，先 通高纯氮气置换出釜中的空气，密闭容器，置于油浴中缓慢加热至150°C，恒温,
3然后自然冷却至室温，打开容器，取出硅片在无水乙醇和丙酮中分别超声，以去 除物理吸附的硅垸偶联剂，用氮气吹干即得表面均匀的自组装单分子膜；
B.多垸基环戊垸液态膜在自组装单层膜上的制备
将制备的有机硅烷自组装单分子膜的硅片，固定于匀胶机上，逐滴滴加0.05 %多垸基环戊垸的正己烷溶液于硅片上，在3000rpm的速率下进行旋涂，通过 控制旋涂次数得到不同厚度的双层膜。
本发明所涉及的硅垸偶联剂是8-18个碳的碳氢链硅烷偶联剂或6-12个碳的 三烷氧基全氟硅垸偶联剂。
多垸基环戊烷为正十二垸基取代的多垸基环戊垸或是2-辛基十二垸基取代 的多烷基环戊烷(MAC)。
本发明制备方法简单、可操作性强，膜厚容易控制。摩擦、磨损试验结果表 明所制备的双层膜能显著提高自组装单层薄膜的承载能力和耐磨性。不仅有 望能解决自组装膜在微电子机械系统应用中存在的承载能力低和耐磨性差的问 题，而且有望将现在仅用于宇航润滑系统性能优异的润滑剂多垸基环戊垸用于微 电子机械系统或计算机硬盘工业。
本发明有如下优点
(1) 该发明采用气相法制备自组装单分子膜，与液相法相比，克服了液相法 硅烷偶联剂易水解且易形成聚合物的缺点，形成的自组装单分子膜完全由化学键 形式键合在单晶硅表面，结合程度比较牢固，且形成的膜表面均匀光滑。
(2) 制备的双层纳米膜是由润滑性能优异的多垸基环戊烷与不同硅烷偶联剂
以化学键键合在单晶硅表面形成的自组装单分子膜组成，结合了键合润滑剂
(SAMs)和非键合润滑剂(流动性MAC)的双重优点，因此所制得的纳米双层 膜具有更好的摩擦学性能。
(3) 具有优异润滑性能的多垸基环戊垸极大的提高了单一自组装单分子膜的 承载能力和耐磨性，极大地扩展了自组装单分子膜和多烷基环戊烷的用途。
为了更好地理解本发明，通过实例进行说明
具体实施例方式
实施例1:多烷基环戊垸和十二烷基三氯硅烷双层纳米膜的制备 依次包括A和B两个步骤A. 十二垸基三氯硅垸自组装单分子膜的制备
(1) 以单晶硅片作基底，在卯。C下用体积比为70 % : 30 %的浓硫酸和双氧水的混合溶液(Piranha溶液)清洗，蒸馏水漂洗，N2气吹干，即得表面羟基化的硅片。
(2) 取0.2 ml的十二烷基三氯硅烷加入干燥的2 ml的玻璃容器中，将玻璃容器置于放有羟基化硅片的可通氮气的高压釜中，通氮气驱除釜中空气后封闭容器°
(3) 在油浴中缓慢加热至150°C，恒温两小时，冷却至室温，取出硅片分别在无水乙醇和丙酮中超声5分钟，N2气吹干，即为自组装单分子膜。
B. 多垸基环戊院和自组装单分子层组成的双层纳米膜的制备
(1) 配制体积质量百分比为0.05%多烷基环戊垸的正己垸溶液。
(2) 将制备的十二垸基三氯硅烷自组装单分子膜的硅片固定于匀胶机上，逐滴滴加0.05 %多垸基环戊烷的正己垸溶液于硅片上，在3000 rpm的速率下进行旋涂，通过控制旋涂次数可以得到不同厚度的双层膜。
实施例2:多烷基环戊垸和1，H，1H,2H，2H十二烷基三乙氧基全氟硅垸双层纳米膜的制备
依次包括A和B两个步骤
A. 1,H，1,H，2H，2H十二烷基三乙氧基全氟硅垸自组装单分子膜的制备
(1) 以单晶硅片作基底，羟基化方法同实施例l。
(2) 取0,2ml的1,H，1H,2H,2H十二烷基三乙氧基全氟硅垸加入干燥的
2 ml的玻璃容器中，将玻璃容器置于放有羟基化硅片的可通氮气的高压釜中，通氮气驱除釜中空气后封闭容器。
(3) 基片的热处理过程及后处理过程同实施例1。
B. 多垸基环戊垸和自组装单分子层组成的双层纳米膜的制备
(1) 多垸基环戊烷的正己垸溶液配制方法同实施例1。
(2) 用旋涂方法制备多垸基环戊垸和1，H,1H,2H,2H十二烷基三乙氧基全氟硅烷组成的双层纳米膜的方法同实施例1。
权利要求
1、一种多烷基环戊烷和自组装膜组成的双层纳米膜的制备方法，其特征在于该方法依次包括A和B两个步骤A. 功能化有机硅烷自组装单层薄膜的制备将盛有硅烷偶联剂的容器放置在可通氮气的含有羟基化硅片的高压釜中，先通高纯氮气置换出釜中的空气，密闭容器，置于油浴中缓慢加热至150℃，恒温，然后自然冷却至室温，打开容器，取出硅片在无水乙醇和丙酮中分别超声，以去除物理吸附的硅烷偶联剂，用氮气吹干即得表面均匀的自组装单分子膜；B. 多烷基环戊烷液态膜在自组装单层膜上的制备将制备的有机硅烷自组装单分子膜的硅片，固定于匀胶机上，逐滴滴加0.05％多烷基环戊烷的正己烷溶液于硅片上，在3000rpm的速率下进行旋涂，通过控制旋涂次数得到不同厚度的双层膜。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于硅烷偶联剂是8-18个碳的碳氢链 硅烷偶联剂或6-12个碳的三垸氧基全氟硅烷偶联剂。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于多烷基环戊烷为正十二烷基取代 的多垸基环戊垸或是2-辛基十二垸基取代的多烷基环戊烷。
全文摘要
本发明公开了一种多烷基环戊烷和自组装膜组成的双层纳米膜的制备方法。本发明用普通硅烷偶联剂或全氟硅烷偶联剂在羟基化的单晶硅表面利用气相法制备单分子自组装膜，然后用旋涂方法再在自组装单分子表明形成一层流动性的多烷基环戊烷，而制备成由MAC和自组装单分子膜组成的纳米双层膜。
文档编号C23C28/00GK101463478SQ20071030729
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者白明武, 马剑琪 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所