一种无定形金镍合金薄膜及其方法

本发明涉及无定形合金材料，尤其涉及一种无定形金镍合金薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、无定形材料在我们的日常生活中无处不在，如玻璃、润滑剂、胶体、乳剂和聚合物等，迄今为止，与无定形材料相关的诺贝尔奖已经颁发了4个。无定形合金就是一类重要的无定形材料，它是由金属非晶相和纳米晶相组成，与常规合金材料相比，无定形合金具有较高的强度和良好的韧性，从而具有重要的结构和功能应用。早在1960年，klement等人发现了第一个无定形合金，随着新技术和新理论的发展，在过去的几十年里，研究者开发了一些获得无定形合金的方法，为原位无定形合金材料的制备提供了一些途径。

2、目前，对于无定形金镍合金的探究大多集中在块体材料方面，通过快速冷却技术可制备多种无定形合金。相较于块材来说，低维纳米材料生长技术的进步带来了无定形合金材料的突破，由于尺寸效应，非晶一维金属纳米棒以及二维薄膜等低维结构表现出了比块材更加优异的性能，例如较好的拉伸延展性及塑性等。形成低维纳米无定形合金的方法有多种，包括熔炉或闪速退火、冷轧、球磨以及超声振动等。原则上，材料结晶与晶体的成核和生长有关，这些方法均存在原子尺度下原位生长观测的短板。值得注意的是，部分研究者已经通过超高真空蒸镀结合原位观测技术，在金薄膜表面直接沉积镍原子，获得了金镍合金团簇并探究了其成核规律[j.phys.chem.c 2016,120,13574-13580]。然而由于在金属玻璃部件中对非晶度具有较高的要求，这种直接在金薄膜表面沉积得到的常规二维金镍合金材料缺少无定形合金材料的结构特性，从而可能影响其功能应用。因此，目前亟需开发一种从原子尺度上生长二维无定形金镍合金薄膜的方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种无定形金镍合金薄膜及其制备方法。本发明利用烷基硫醇在金薄膜表面有序组装形成分子模板，利用分子模板实现从原子尺度上生长并调控二维无定形金镍合金薄膜。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种无定形金镍合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、采用化学液相法或化学气相法，将烷基硫醇分子沉积在金薄膜表面，形成分子模板；所述分子模板在金薄膜表面的分子覆盖度为0.33ml；

5、在带有分子模板的金薄膜表面进行镍原子蒸镀沉积，然后进行第一退火，得到无定形金镍合金薄膜；所述无定形金镍合金薄膜的镍原子覆盖度为0.3～0.35ml。

6、优选的，所述化学液相法包括：将金薄膜在烷基硫醇分子溶液中浸泡后进行第二退火，在金薄膜表面形成分子模板；所述烷基硫醇分子溶液的浓度为5～20mmol/l；所述浸泡的时间为5～8h；所述第二退火的温度为50～55℃，时间为1～1.2h；所述第二退火的环境真空度为3×10-10mbar以下。

7、优选的，所述化学气相法包括：将烷基硫醇分子在金薄膜表面进行化学气相沉积，形成分子模板；所述烷基硫醇分子的分子流束为0.3～0.35ml/h；所述化学气相沉积中，金薄膜的温度为280～300k，沉积时间为1～1.2h。

8、优选的，所述烷基硫醇分子的烷基链碳原子数≥8。

9、优选的，所述烷基硫醇分子为辛烷硫醇、癸烷硫醇和十二硫醇中的一种或多种。

10、优选的，所述蒸镀沉积采用的靶材为镍靶材，基材为带有分子模板的金薄膜；所述蒸镀沉积过程中基材的温度为室温，镍靶材的温度为1045～1050℃。

11、优选的，所述蒸镀沉积前将所述镍靶材进行预热，所述预热的温度为1000～1020℃，时间为25～30min。

12、优选的，所述第一退火的温度为60～65℃，时间为1～1.2h。

13、优选的，所述金薄膜的厚度为2～10mm。

14、本发明还提供了上述方案所述制备方法制备得到的无定形金镍合金薄膜。

15、本发明提供了一种无定形金镍合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用化学液相法或化学气相法，将烷基硫醇分子沉积在金薄膜表面，形成分子模板；所述分子模板在金薄膜表面的分子覆盖度为0.33ml；在带有分子模板的金薄膜表面进行镍原子蒸镀沉积，然后进行第一退火，得到无定形金镍合金薄膜；所述无定形金镍合金薄膜的镍原子覆盖度为0.3ml。本发明以一定分子覆盖度的烷基硫醇在金薄膜表面有序组装形成分子模板，采用分子模板来调控金镍合金结构特性，烷基硫醇形成的分子模板可以看作一种调控介质，能够影响沉积后的镍原子在金表面的扩散成核过程；同时，在分子间范德瓦斯相互作用下，烷基硫醇分子的组装构型能够对金镍合金薄膜的结构进行调控。与现有技术相比，本发明提供的方法能够在原子尺度上调控合金的形成过程(从合金纳米点/团簇到二维薄膜)，且所得合金薄膜非常高的非晶度和纯度。此外，本发明的烷基硫醇分子沉积方式可以采用化学液相法和化学气相法两种方式，便于操作。进一步的，本发明采用的烷基硫醇分子可以为烷基链长度大于辛烷硫醇的任何硫醇分子，适用范围较广。

16、本发明提供的制备方法成本较低，过程简易，所得二维无定形金镍合金薄膜具有较为理想的非晶度及纯度，在纳米电子器件、集成电路存储芯片以及多相催化等领域具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种无定形金镍合金薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学液相法包括：将金薄膜在烷基硫醇分子溶液中浸泡后进行第二退火，在金薄膜表面形成分子模板；所述烷基硫醇分子溶液的浓度为5～20mmol/l；所述浸泡的时间为5～8h；所述第二退火的温度为50～55℃，时间为1～1.2h；所述第二退火的环境真空度为3×10-10mbar以下。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相法包括：将烷基硫醇分子在金薄膜表面进行化学气相沉积，形成分子模板；所述烷基硫醇分子的分子流束为0.3～0.35ml/h；所述化学气相沉积中，金薄膜的温度为280～300k，沉积时间为1～1.2h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烷基硫醇分子的烷基链碳原子数≥8。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烷基硫醇分子为辛烷硫醇、癸烷硫醇和十二硫醇中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒸镀沉积采用的靶材为镍靶材，基材为带有分子模板的金薄膜；所述蒸镀沉积过程中基材的温度为室温，镍靶材的温度为1045～1050℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述蒸镀沉积前将所述镍靶材进行预热，所述预热的温度为1000～1020℃，时间为25～30min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一退火的温度为60～65℃，时间为1～1.2h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金薄膜的厚度为2～10mm。

10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的无定形金镍合金薄膜。

技术总结
本发明涉及无定形合金材料技术领域，提供了一种无定形金镍合金薄膜及其制备方法。本发明以一定分子覆盖度的烷基硫醇在金薄膜表面进行有序组装形成分子模板，利用分子模板调控金镍合金的结构特性，沉积在分子模板上的镍原子能够打破体系原有的Au‑S化学键从而直接与金原子接触，同时，镍原子在模板中分子间相互作用力的调控下，最终形成二维无定形金镍合金薄膜。本发明提供的制备方法成本较低，过程简易，所得二维无定形金镍合金薄膜具有较为理想的非晶度及纯度，在纳米电子器件、集成电路存储芯片以及多相催化等领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：张鑫,陈晓瑞,丁皓璇,高健智,潘明虎
受保护的技术使用者：陕西师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16