[发明专利]一种绿色可见光催化辅助金刚石化学机械抛光液

说明书

本发明提供一种绿色可见光催化辅助金刚石化学机械抛光液，属于超硬材料超精密加工领域。使用由氧化剂、磨料、可见光光催化剂、螯合剂和去离子水组成的抛光液在可见光照射下对金刚石化学机械抛光，所述抛光液氧化剂的浓度为15wt％～25wt％，磨料浓度为40～80g/l，可见光光催化剂的浓度为0.02667～0.2667g/l，螯合剂浓度为0.5～2mM，去离子水的重量百分比为67％～81％。抛光后，表面粗糙度为0.111nm，材料去除率为416nm/h。本发明实现了绿色、高效、高质量化学机械抛光金刚石。

技术领域

本发明属于超硬材料超精密加工技术领域，涉及到超硬材料化学机械抛光液的配置。特别涉及到金刚石化学机械抛光液的配置。

背景技术

单晶金刚石具有极高的硬度、出色的导热性、极强的化学稳定性、极高电子迁移率，这是其他任何材料都不具备的。由于这些优异的物理化学性能，单晶金刚石成为了杰出的工业材料，被应用于光学、声学、半导体和超精密加工等领域。不管应用到哪个领域，对其表面质量都有着非常严格的要求。然而，由于其极高的硬度和耐磨性使得高效率获得高质量表面的单晶金刚石非常困难。化学机械抛光是目前实现高质量单晶金刚石表面的最好方法。但由于单晶金刚石极高的化学稳定性，在化学机械抛光单晶金刚石过程中常使用强腐蚀性、有毒的抛光液，对环境造成污染。专利CN202111267345.X提供了一种由磨料、过氧化氢、铜铁水滑石掺杂纳米金刚石(ND/LDH)和去离子水组成的可见光辅助金刚石化学机械抛光液。该抛光液通过过氧化氢对ND/LDH中Fe³⁺/Fe²⁺和Cu²⁺/Cu¹⁺的氧化还原循环产生·OH从而实现对单晶金刚石的化学机械抛光。但在该过程中，过氧化氢还原Fe³⁺和Cu²⁺的反应总是由于低速率常数(0.001–0.01M^-1s^-1)而产生的低速率限制了整个氧化还原循环效率，降低了·OH的产生速率，进一步限制了抛光效率和抛光质量。因此，通过提升过氧化氢还原Fe³⁺和Cu²⁺的反应速率开发一种新型绿色抛光液对单晶金刚石高效、高质量化学机械抛光非常重要。

发明内容

本发明提供了一种绿色可见光催化辅助金刚石化学机械抛光液，其中抛光液成分对环境无危害，容易清洗且无毒，实现了绿色、高效、高质量化学机械抛光金刚石。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种绿色可见光催化辅助金刚石化学机械抛光液，其成分包含氧化剂、磨料、可见光光催化剂、螯合剂和去离子水，新增螯合剂的作用是：1)提升过氧化氢还原Fe³⁺和Cu²⁺的反应速率；2)降低Fe³⁺/Fe²⁺和Cu²⁺/Cu¹⁺的氧化还原电位。室温下，将该抛光液置于超声设备中震荡10min。其中所述的氧化剂为过氧化氢，浓度为15wt％～25wt％；磨料为金刚石微粉，粒径为0.5～1μm，浓度为40～80g/l；可见光光催化剂为ND/LDH(铜铁氢氧化物和纳米金刚石杂交产物)，浓度为0.02667～0.2667g/l；螯合剂浓度为0.5～2mM；去离子水的重量百分比为67％～81％。

进一步的，所述的螯合剂为草酸、柠檬酸、柠檬酸钠、山梨醇、氨基三亚甲基膦酸、葡萄糖酸钠、聚天门冬氨酸中的一种或几种。优选为草酸。

本发明的效果和益处是：