[发明专利]一种原位生成纳米洋葱碳的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位生成纳米洋葱碳的制备方法。该方法利用等离子体增强化学气相沉积技术，以钢球为基底材料，利用氩气、氮气和甲烷作为气源，在射频电源和脉冲负偏压的共同作用下在基底上原位制备纳米洋葱碳。其特点是：设备简单、温度低、产率高、生产成本低、重复性好、易于操作和控制，基底与抛光不锈钢钢片间摩擦系数减低效果明显，解决了目前纳米洋葱碳制备过程中存在的形态难以控制，不能大量制备和杂质多的缺陷。此方法不仅适用于不锈钢表面，在铸铁、合金、陶瓷、高分子材料等材料领域也同样适用，具有广阔的应用前景。因此该发明所提供的原位制备纳米洋葱碳的方法应用潜力巨大。

技术领域

本发明属于化学气相沉积领域，涉及一种原位生成纳米洋葱碳的制备方法。

背景技术

在当前全球面临资源能源和环境问题的严峻局势下。润滑和磨损问题是所有装备面临的共性问题。从地面装备到空间装备，从微型装备到超大型装备，只要产生机械运动，无不涉及摩擦、磨损与润滑问题。据统计资料显示，摩擦消耗掉全世界1/3的一次性能源，大约有60%的零件失效是由于各种形式的磨损引起的。美、英、德等工业国家每年因摩擦、磨损造成损失约占其国民生产总值（Gross National Product, GNP）的2%-7%。中国工程院完成的《摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究》的咨询报告中指出，我国工业领域应用摩擦学知识可节约的潜力估计为国内生产总值（Gross Domestic Product, GDP）的1.55%。这表明，大力开展润滑材料的研究与应用可显著节约资源能源，改善生态环境，消除安全隐患，提高生命质量，同时这方面问题已经引起了国家的高度重视。而纳米洋葱碳因其弯曲闭合的特殊结构而具有高的电导率、大的比表面积、好的机械性、热稳定性、好的电化学稳定性等，能够广泛应用于润滑、电子、储能、催化、生物传感、微波吸收、毒理学等领域。

然而纳米洋葱碳发展和应用中一直存在一个重大的难题，纳米洋葱碳受限于材料，导致其价格较贵、产量低，这在很大程度上限制了纳米洋葱碳的推广应用。目前，各国科学家和产业界人士已尝试通过如电弧放电、电子束溅射、等离子体、纳米金刚石真空热处理、热解法、球磨、催化裂解、化学气相沉积等方法制备纳米洋葱碳。而这些方法制备条件苛刻（高温、高压），成本高，产率低，杂质多，对环境污染大（专利201610159997 .4）。

目前制备纳米洋葱碳的温度在600~1500℃之间（专利201610159997.4），并且制备的过程相对较复杂，同时对环境产生了污染。

综上所述，研究纳米洋葱碳的制备以及普适化具有重要的科学意义和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位生成纳米洋葱碳的制备方法。

本发明将纳米洋葱碳具有高的电导率、大的比表面积、好的机械性、热稳定性、好的电化学稳定性等综合性能引入到各种功能材料表面，为普及纳米洋葱碳的优异性能做出了重大贡献。本发明将制备纳米洋葱碳的温度控制在200~400℃之间，能够有效降低基底的组织变化，同时制备方法方便快捷、成本低、产率高且不破坏纳米洋葱碳自身的优异性能。

一种原位生成纳米洋葱碳的制备方法，包括如下步骤 ：

1) 清洗基底

将预先清洁后的基底放入乙醇、丙酮中超声清洗各10~30分钟，然后用洗耳球吹干；

2) 装入基底样品

将清洗后的基底样品转移至真空腔，放置在下部的基底盘上，基底盘和脉冲负偏压电源相连；

3) 抽真空并再次清洗

利用机械泵、罗茨泵和分子泵依次将腔内抽真空，直至腔内真空小于2.0×10^-3 Pa；关闭分子泵，腔内通入氩气，在脉冲偏压-900~-700 V，占空比60~80%的条件下进行等离子体清洗1~2小时，用以去除表面残留的杂质和污染物；