[发明专利]一种自支撑纳米锥金刚石的制备方法

说明书

本发明的一种自支撑纳米锥金刚石的制备方法，属于金刚石纳米结构及其制备的技术领域。首先以高CH₄与H₂流量比例并通入氮气掺杂，生长金刚石及非金刚石混合相，形成金刚石倒锥；再调低CH₄与H₂流量比例生长金刚石相；去除衬底，空气中高温退火刻蚀掉非金刚石相，制备出自支撑纳米锥金刚石。本发明通过不同CH₄与H₂流量比例沉积生长和通入氮气有助于生长100面晶向形成倒锥，制备了高密度纳米锥金刚石，大大增大了金刚石膜的表面积；并且相比于自上而下的掩膜法或等离子体刻蚀法，制备方法工艺简单，便于大规模制备。

技术领域

本发明属于金刚石纳米结构及其制备的技术领域，涉及一种新型自支撑纳米锥金刚石的制备方法。

背景技术

金刚石是一种具有超硬度、高导热系数、化学惰性、稳定性等优良性能的功能材料。制备金刚石的纳米结构(例如纳米织构、纳米线和多孔金刚石等)可应用于多领域研究。但是，由于极高的硬度和化学惰性，不便于能通过机械加工或湿化学腐蚀来改变金刚石的形貌。

本发明制备了一种利用自下而上法结合金刚石自身生长取向产生自支撑纳米锥的金刚石膜结构，大大增大了金刚石膜的表面积。

和本发明接近的现有技术是授权号为CN106835011B，名称为“一种具有类金刚石阵列的结构件及其制备方法”的专利申请，制备方法是通过对形成在基体上的一类金刚石涂层进行刻蚀得到。所述具有类金刚石阵列的结构件可以对细菌的细胞壁产生压力，穿刺细菌的细胞壁使其伸展并最终溶解,导致细菌死亡,有效破坏生物膜的形成，赋予该结构件显著的抗菌性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是通过自下而上法结合金刚石自身生长取向产生自支撑纳米锥的金刚石膜结构，大大增大了金刚石膜的表面积。

纳米锥金刚石膜制备的具体技术方案如下：

一种自支撑纳米锥金刚石的制备方法，以硅片或钼片为衬底，经过衬底预处理、微波等离子体化学气相沉积镀膜和高温退火的过程，其特征在于，

所述的微波等离子体化学气相沉积镀膜，是将预处理过的衬底置于化学气相沉积(CVD)装置的腔体中，在微波功率350W，腔体气压8KPa下，先以CH₄、H₂与N₂流量比例5～8:100:0.5，生长金刚石及非金刚石混合相5小时，再关闭N₂流量，调低CH₄与H₂流量比例为1:100，生长金刚石相；

所述的高温退火，是先去除衬底，再在空气中800℃高温退火，刻蚀掉非金刚石相，制得自支撑纳米锥金刚石。

所述的衬底预处理，可以按常规方法进行，也可以将衬底用纳米金刚石粉研磨，再置于纳米金刚石悬浊液中超声1～2小时，最后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，取出后氮气吹干。

所述的去除衬底，对硅衬底是在生长金刚石相后，将其放入氢氟酸和硝酸混合溶液中浸泡24小时以上；对钼衬底是关闭化学气相沉积装置后，以80℃/min速率快速降温，使钼衬底与生长的金刚石及非金刚石混合相脱离。

本发明化学气相沉积(CVD)镀膜方法,是微波等离子体(MPCVD)法，也可以是热灯丝(HFCVD)，热阴极(DCCVD)等方法。可以是在硅、钛等衬底上异质外延生长多晶膜，薄膜可以是非掺杂的，或半导体掺杂的。

高温退火刻蚀非金刚石相后形成高密度纳米锥结构并表面氧终止，可以经过化学处理使表面为氢终止。