[发明专利]一种多孔金刚石膜/三维碳纳米线网络复合材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种多孔金刚石膜/三维碳纳米线网络复合材料的制备方法及其产品，属于金刚石膜复合材料制备技术领域；所述制备方法包括：在硅衬底上沉积出金刚石膜；然后采用磁控溅射法，在所得金刚石膜表面溅射一层过渡金属膜；之后将磁控溅射处理后的金刚石膜置于微波化学气相沉积系统中，进行微波等离子体刻蚀即得所述复合材料；本发明将金刚石膜的多孔处理与其复合材料制备合二为一，在金刚石膜表面原位制备出的多孔金刚石膜/三维碳纳米线网络复合材料具有高比表面积、良好的导电性和多位点的优势，在药物负载、化学催化、传感器等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金刚石膜复合材料制备技术领域，具体涉及一种多孔金刚石膜/三维碳纳米线网络复合材料的制备方法及其产品。

背景技术

金刚石独特结构使其具有硬度高、稳定性好、强导热等众多优异物理化学性能，在能源、催化、传感器、航空航天、精密加工等诸多高新技术领域有良好的应用前景。然而天然金刚石在自然界中含量极少，常呈单颗粒状，加工难度大，价格昂贵，多用作首饰等奢侈品消费领域。当前高新技术领域对金刚石材料的维度、微观结构形貌等方面有着特殊需求，例如航空飞行器和大功率激光器窗口材料需要高品质的二维金刚石膜，能源、催化、传感器等领域常需要将金刚石膜进行多孔处理或形成复合材料来进一步增强材料的服役性能，可见金刚石膜因其独特的理化特性和良好的可设计性，在高精尖领域的作用日益凸显，而天然金刚石的产能和单颗粒特性难以满足高新技术领域对金刚石材料的实际需求。化学气相沉积法(CVD)是制备金刚石膜的有效方法，特别是微波化学气相沉积法(MPCVD)因具有等离子体密度高、电极无污染等优势已成为制备高品质金刚石膜的主流方法。

如前所述，金刚石膜的多孔化合处理方法、金刚石复材料的制备是当前材料领域的前沿课题。在多孔金刚石膜制备方面，公开号为CN104498894A的中国专利报道了“一种多孔金刚石薄膜的制备方法”，将金刚石薄膜置于500-600℃空气中煅烧，可以得到多孔金刚石薄膜。Shi C等人发表的论文“Fabrication of porous boron-doped diamondelectrodes by catalytic etching under hydrogen–argon plasma”，采用氢-氩气等离子体束刻蚀金刚石膜可形成多孔金刚石膜。在金刚石膜复合材料制备方面，公开号为CN107267953A的中国专利公开了“一种碳空心球与多孔掺硼金刚石复合膜传感器电极的制备方法”，其制备的多孔金刚石膜复合材料是先通过直流电弧等离子体喷射CVD设备对掺硼金刚石膜进行刻蚀，形成多孔金刚石膜，再通过水热法制备多孔金刚石膜的复合材料，金刚石膜的多孔化处理和材料复合分两步进行，制备方法相对繁琐。

上述方法报道了多孔金刚石膜的处理方法和多步法制备金刚石膜复合材料，在多孔的处理方法上都采用等离子束溅射刻蚀形成多孔金刚石膜，设备成本高，未见采用普通等离子球对金刚石膜刻蚀形成多孔金刚石膜的相关报道；同时多孔金刚石膜复合材料存在制备流程长，且水热反应中组分一致性难以保证的问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种多孔金刚石膜/三维碳纳米线网络复合材料的制备方法及其产品，通过对金刚石薄膜进行合理的后期处理，有效地得到了多孔金刚膜/三维碳纳米线网络复合材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种多孔金刚石膜/三维碳纳米线网络复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在硅衬底上沉积出金刚石膜；

(2)采用磁控溅射法，在步骤(1)所得金刚石膜表面溅射一层过渡金属膜；

(3)将步骤(2)磁控溅射处理后的金刚石膜置于微波化学气相沉积系统中，进行微波等离子体刻蚀，即得所述多孔金刚石膜/三维碳纳米线网络复合材料。