CN100577857C - 具有超疏水性能的多孔导电纳米铜薄膜材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
具有超疏水性能的多孔导电纳米铜薄膜材料的制备方法属于表面技术领域。目前还没有具有超疏水性能的同时并具备导电性能的多孔纳米铜膜的报道。所采用的技术方案是在固体表面先用高功率沉积一层金属铜薄膜，然后采用小功率溅射法对金属铜薄膜表面进行小功率溅射沉积。我们的研究表明，直接先沉积的一层金属铜表面接触角在90度左右，在经过稳定的小功率溅射沉积后，接触角在155℃左右，达到超疏水性，并同时保持良好的导电性能。本发明的纳米多孔薄膜材料不但具有超疏水性，并且比其它超疏水薄膜材料拥有较好的机械性能，优良的热传导性和良好的导电性能。该薄膜材料主要应用于微流器件、生物芯片、半导体芯片表面技术等领域。
Description
技术领域
本发明涉及具有超疏水性并具有导电特性的多孔纳米铜薄膜材料制备方法，该薄膜材料适用于微量液体测量的工作环境下需要防水润湿并需要导电的固体表面，主要应用于微流器件、生物芯片、半导体芯片表面技术等领域。
背景技术
润湿性能的应用极其广泛，微电子工业，印刷工业，造纸工业，交通行业乃至新材料的合成制备以及医药，生物芯片方面无不与润湿性能有着密切的关系。近年来，具有特殊润湿性能的界面材料引起人们的广泛关注。最近，科研工作者成功地制备出许多具有纳米结构的超疏水聚合体。
随着微流器件的发展，一些要求高的热传导率和电导率等性质的器件需要具有超疏水性能。然而，有机化合物由于其较差的热传导性和机械性能，不能满足很多领域的应用。并且，为了提高其在微流器件中的应用，还需进一步增强其超疏水性能的同时具有一定的导电性能。
在微流体测试传感设备以及微流器件中，在超疏水薄膜内部或周围还需铺设一些导电材料，极大地增加了微流器件的设计难度和制造成本。目前还没有具有超疏水性能的同时并具备导电性能的多孔纳米铜膜的报道，用这种纳米铜膜作为微流管壁，将降低微流器件的设计难度和制造成本，推动微流器件、生物芯片以及微电子工业的快速发展。
发明内容
本发明目的是，提供一种超疏水多孔纳米铜薄膜材料的制备方法，以增大其表面与水的接触角，同时具有导电性能，实现纳米多孔铜膜在微流器件中具有超疏水性和导电性能。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是在固体表面先用高功率沉积一层金属铜薄膜，然后采用小功率溅射法对金属铜薄膜表面进行小功率溅射沉积。我们的研究表明，直接先沉积的一层金属铜表面接触角在90度左右，在经过稳定的小功率溅射沉积后，接触角在155℃左右，达到超疏水性，并同时保持良好的导电性能。
本发明具有超疏水性能的多孔导电纳米铜薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1.先对沉积室抽真空，真空度达到10-4Pa以上，再对衬底进行加热到350℃-450℃用来驱赶衬底及其附近的氧分子，再降低到100℃；然后充入氩气，气压在0.1～0.5Pa的范围内；
2.用300W-400W功率在作为衬底的固体表面上沉积一层金属铜薄膜，厚度在0.5微米到1.5微米的范围；
3.将衬底原位进行50W-180W功率溅射沉积，基底温度在100℃到150℃的范围，溅射处理时间50～90分钟。
氩气能够增加等离子体中带电氩离子和电子等等离子的浓度，从而有效轰击铜靶产生铜原子并且降低铜原子沉积时的速度，在氩气辉光放电过程中，气态铜分子和部分铜离子经过从铜靶上溅射出来到等离子气体中，最后以较低的速度沉积到金属铜薄膜表面、继而沉积成膜，从而在金属铜薄膜表面形成了具有空隙结构的纳米多孔铜膜。
与已有技术相比，本发明的特征在于：它不是简单的金属铜薄膜材料，而是首先用常规较大功率溅射沉积方法制备一层金属铜薄膜，然后将衬底原位进行小功率低气压溅射沉积，从而在表面形成了一层纳米铜多孔结构，产生超疏水性并具有导电性能。
将该超疏水导电薄膜镀于单晶硅片和玻璃片衬底上，具有明显的超疏水性和导电性能，为在微流器件和生物芯片的应用提供了薄膜材料性能基础。
附图说明
图1为例一条件制备的超疏水导电多孔纳米铜薄膜扫描电镜照片。
扫描电镜设备型号JEOL JSM6500。
具体实施方式
以下用三个实施例子来进一步介绍本发明。
实施例一：
1.先对沉积室抽真空，真空度达到10-4Pa以上，再对衬底进行加热到350℃用来驱赶衬底及其附近的氧分子，然后再降低到100℃。然后充入氩气，气压保持在0.1Pa；
2.先用功率300W沉积方法在作为衬底的固体表面上沉积一层金属铜薄膜，厚度为0.5微米；
3.将衬底原位进行小功率50W溅射沉积，基底温度为100℃，溅射处理时间为50分钟。
对该例制备的薄膜表面进行润湿性能和导电性能测量，与水的静接触角为155.82°，电导率为2.4×103S/cm-1。
实施例二：
1.先对沉积室抽真空，真空度达到10-4Pa以上，再对衬底进行加热到400℃用来驱赶衬底及其附近的氧分子，然后再降低到100℃。然后充入氩气，气压保持在0.3Pa；
2.先用较大功率350W沉积方法在作为衬底的固体表面上沉积一层金属铜薄膜，厚度为1.0微米；
3.将衬底原位进行小功率100W溅射沉积，基底温度保持在120℃，溅射处理时间70分钟。
对该例制备的薄膜表面进行润湿性能和导电性能测量，与水的静接触角为157.50°，电导率为5.7×103S/cm-1。
实施例三：
1.先对沉积室抽真空，真空度达到10-4Pa以上，再对衬底进行加热到450℃用来驱赶衬底及其附近的氧分子，然后再降低到100℃。然后充入氩气，气压保持在0.5Pa；
2.先用功率400W沉积方法在作为衬底的固体表面上沉积一层金属铜薄膜，厚度为1.5微米；
3.将衬底原位进行功率80W溅射沉积，基底温度保持在150℃，溅射处理时间90分钟。
对该例制备的薄膜表面进行润湿性能和导电性能测量，与水的静接触角为153.43°，电导率为4.6×103S/cm-1。
Claims (1)
1、具有超疏水性能的多孔导电纳米铜薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先对沉积室抽真空，真空度达到10-4Pa以上，再对衬底进行加热到350℃-450℃用来驱赶衬底及其附近的氧分子，再降低到100℃；然后充入氩气，气压在0.1～0.5Pa的范围内；
2)用300W-400W功率在作为衬底的固体表面上溅射沉积一层金属铜薄膜，厚度在0.5微米到1.5微米的范围；
3)将衬底原位进行50W-180W功率溅射沉积，基底温度在100℃到150℃的范围，溅射处理时间50～90分钟。
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| 纳米晶铜膜的原位拉伸研究. 李金许等.材料研究学报，第14卷第4期. 2000 |
| 纳米晶铜膜的原位拉伸研究. 李金许等.材料研究学报，第14卷第4期. 2000 * |
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