[发明专利]一种周期性多方向厚度梯度薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及薄膜材料技术领域，尤其涉及一种周期性多方向厚度梯度薄膜的制备方法，包括以下步骤：将掩模板悬空固定于基底上方，放入溅射仪的真空腔内，将靶材固定于阴极上，基底置于正对靶面的阳极上，抽真空后，通入惰性气体，采用溅射法制备周期性多方向厚度梯度薄膜；所述掩模板与基底的距离为h；所述掩模板具有网孔，所述网孔的尺寸记为w，肋宽记为d，所述h、w和d可调节；所述h＞0。本发明可以一次性制备出多方向的厚度梯度薄膜，并且为周期性密布排列，该周期性多方向厚度梯度薄膜具有高通量的特点，有利于大规模的集成研究与应用，在柔性电子材料与器件领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，尤其涉及一种周期性多方向厚度梯度薄膜的制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，为了完成某种使用功能，除了对材料的需求外，对结构设计的要求也是越来越高。尤其是现如今的信息化时代里，生活节奏加快，无论是在科研领域还是商用领域里，在要求产品保持较高的性能外，还要节约成本，简化生产模式，同时尽量使得产品变得轻薄易携。面对这些问题，高质量薄膜结构的出现使得这些问题得到了有效解决。薄膜历史发展悠久，对于固体薄膜的研究最早开始于19世纪。随着薄膜科学的不断发展，薄膜材料的应用范围不断扩大，成熟的制备技术已经能制备出质地均匀的高质量薄膜，例如用磁控溅射给价格低廉的基底材料镀上一层性能优越的镀层，既满足了使用需求，也具有较高的经济性。

随着生产需求的进一步提高，同样材料呈现的功能也有了多种多样的要求，但是传统的均质材料无法满足这些要求，由此产生了功能梯度材料。功能梯度薄膜是利用表面涂层技术制备的薄膜状功能梯度材料，通过控制沉积参数和沉积材料的配比，得到从基底到表面使成分、组织和性能呈无界面连续变化的功能薄膜。对于反应溅射，可通过连续改变反应气体流量制得化学成分比连续变化的梯度薄膜。对于非反应溅射，可通过溅射一系列不同成分比的靶材制得梯度薄膜，但成本较高，且梯度层有限。

目前，这些成熟的技术制备的梯度薄膜是对垂直于膜厚的方向上进行功能梯度调控，其在平行于膜面的横向并没有梯度变化。因此，为了得到具有连续梯度性质的表面及如何控制薄膜表面的横向梯度成为重点。如果薄膜的某些性能对于薄膜的厚度敏感，这就要求制备薄膜时在同一膜面制备出不同厚度的薄膜，例如不同厚度的薄膜在受到应力的作用表现出不一样的力学性能，由此产生了厚度梯度薄膜。

目前，控制薄膜的面横向梯度主要有两种方法：一种是直接在的基底上制备具有逐渐变化的表面性质的薄膜，例如：化学气相沉积中，可随着蒸发源与基底垂直距离的增加，沉积分子的数量密度逐渐减小进而形成梯度薄膜；或者采用流动涂覆法，通过在恒定的加速度下自动控制涂膜片的运动速度，使溶液不均匀地分布在基体上，溶剂干燥后形成厚度梯度的聚合物膜；再如在沉积薄膜过程中加入掩模板，利用掩模板的遮挡效应制备厚度梯度薄膜。另一种方法是预先存在的均匀薄膜进行逐步修改，以实现梯度属性，例如：紫外线梯度照射、可控的化学腐蚀、激光可控照射等对聚合物基底进行表面改性后形成梯度硬质薄膜。厚度梯度薄膜在表面处理技术中已得到了广泛的关注。例如，机械零件表面涂层制成梯度状态,可以使得易磨损得到改善，增加零件的使用寿命，降低了生产成本。在微电子领域中使用梯度薄膜，可以使得不同功能的零部件集成化，增加了电子产品的功能多样性。在其他诸如航空航天、化学化工等行业，梯度薄膜均能发挥它独特的优势。

溅射镀膜法效率较高且环保，目前广泛应用于梯度薄膜的制备。在该前提下，制备能够应用于机械、材料、化学等领域的厚度梯度薄膜也受到越来越多的关注。目前制备厚度梯度薄膜的方法主要是溅射时采用掩模板遮挡或倾斜溅射等方法，但这些方法制备的梯度薄膜在膜面上是单一方向上的厚度梯度的变化，不能实现多方向的厚度梯度及同片薄膜上周期性的厚度梯度阵列的制备。

发明内容