CN101045610B - 自清洁薄膜材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及薄膜材料，自清洁薄膜材料，绝缘材料表面沉积氟碳薄膜。本发明所提供的产品，具有较高的疏水性，可以达到自清洁不染灰尘，特别是带有氟碳薄膜的纸张，其性能较普通纸张具有更强的疏水性，更强的耐腐蚀性，适用于一些需要长期保存、耐水及耐腐蚀的应用场所，具有更深远的使用价值。另外本发明制备方法独特，结合所使用的设备，放电方式简单，设备成本低；放电室气体间隙小(通常几毫米)，气体体积小，流量低；能耗低等，可实现大批量工业化生产，以使其应用更加广泛。

Description

自清洁薄膜材料及制备方法
技术领域
本发明涉及具有薄膜的材料，另外还涉及该材料的制备方法。
背景技术
等离子体沉积的氟碳聚合物薄膜具有极好的疏水性，极低的介电常数(1.8-2.1)和生物相融性。这种氟碳薄膜在作为环境友好自清洁保护膜，大规模集成电路，以及生物相融性材料等方面将具有重要应用。近十年来，利用等离子体方法制备氟碳薄膜，已掀起全球性的热潮，目前世界上有数十个研究小组在进行这方面的研究工作。我国在这方面的研究还相对缺乏，目前我们只发现一些研究者使用磁控溅射方法沉积具有类金刚石薄膜结构的FC薄膜，拟在制备具有较高硬度的保护性薄膜，但是未见有大面积沉积的报道，使用传统的等离子体沉积因真空成本高，在玻璃、纸张上大面积沉积氟碳薄膜困难。至今为止，在玻璃、纸张等绝缘材料上大面积沉积氟碳薄膜，以及利用介质阻档放电沉积该种薄膜尚未见有报道。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种自清洁薄膜材料，大面积沉积薄膜，性能优越，另外还提供其制法，方法简单易操作，可实现工业化生产。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：自清洁薄膜材料，绝缘材料表面沉积氟碳薄膜。
所述绝缘材料为为玻璃、纸张或聚脂。
所述氟碳薄膜厚度为50-200nm。
本发明自清洁薄膜材料的制备方法是，采用高压电源接通高压电极，提供交流近正弦波高压，电压峰值20-35kV，频率500Hz-5kHz，绝缘材料两侧封密室同时压力均衡地抽真空后，关闭排气阀门，使用惰性气体作为放电气体，放电处理绝缘材料表面5-10分钟，然后使用氟碳气体作为沉积气体，放电5-20分钟，在绝缘材料表面和地电极之间的间隙(1-3mm)上产生等离子体，在绝缘材料表面沉积50-200nm厚的氟碳薄膜，然后侧移对绝缘材料不同表面位置进行多次沉积至表面完全沉积氟碳薄膜。
所述沉积氟碳薄膜接触角为100-110°。
所述绝缘材料表面薄膜单次沉积区域面积直径为100-800mm。
所述原料氟碳气体为CF4、C2F6、C3F8或C4F8气体。
所述惰性气体为氦气或氩气。
所述沉积装置，绝缘材料为隔断的两个对称的真空室上均装有排气口，真空室内分别装有高压电极和地电极，绝缘材料置于高压电极和地电极之间，且与高压电板面接触，与地电极之间留有间隙，纸张可置于地电极上或玻璃上，装有高压电极的真空室上的排气口上装有截止阀，装有地电极的真空室上开有入气孔。
本发明所提供的产品，具有较高的疏水性，可以达到自清洁不染灰尘，特别是带有氟碳薄膜的纸张，其性能较普通纸张具有更强的疏水性，更强的耐腐蚀性，适用于一些需要长期保存、耐水及耐腐蚀的应用场所，具有更深远的使用价值。另外本发明制备方法独特，结合所使用的设备，将介质阻挡放电的高压电极与地电极分别置于绝缘材料两侧的小型真空室内，采用将真空室同时排气的方法，使绝缘材料两侧压力达到平衡，避免由于绝缘材料两侧压力不均衡造成绝缘材料破裂，从而实现了使用大面积绝缘材料作为沉积基底。排气后，在低气压下放电时，须使用截止阀将高压电极一侧的真空室使用截止阀门进行排气截止，避免高压电极在管道中产生辉光放电，否则介质阻挡放电将无法产生。在沉积前，使用惰性气体阻挡辉光放电清洗绝缘材料表面，提高绝缘材料基底与薄膜之间的附着力。使用氟碳气体如C4F8等作为沉积气体，利用低气压下辉光介质阻挡放电，在绝缘材料或纸张上沉积大面积均匀的具有聚会结构的氟碳薄膜。利用介质阻挡放电等离子体沉积薄膜，具有其独特的优势：如放电方式简单，设备成本低；放电室气体间隙小(通常几毫米)，气体体积小，流量低；能耗低等，可实现大批量工业化生产，以使其应用更加广泛。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明加工设备结构示意图。
图3为本发明纸张疏水性效果实验图，(a)为空白纸张亲水性图，(b)为沉积有氟碳薄膜的纸张疏水性图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不限于实施例。
实施例1
制备如图1所示的自清洁薄膜纸张，采用图2所示的氟碳薄膜的沉积装置，绝缘材料玻璃1为隔断的两个对称的真空室6上均装有排气口8，真空室内分别装有高压电极2和地电极3，纸张7置于高压电极和地电极之间，纸张与地电极面接触或者纸张放在玻璃上，纸张与高压电极之间留有间隙，装有高压电极的真空室上的排气口上装有截止阀10，装有地电极的真空室上开有入气孔9。
在纸张上沉积氟碳薄膜时，高压电源由导线4接通高压电极提供交流近正弦波高压，电压峰峰值须达到20kV以上，频率1KHz，玻璃两侧由两个对称的真空室的排气口同时与一个机械泵连接，排气时须将两个真空室同时排气，以避免玻璃两侧由于压力不均衡而碎裂。放电前，须将截止阀门关闭，防止高压电极在排气口中产生等离子体。在沉积前，使用氩气作为放电气体，由入气口通入，放电处理纸张表面约10分钟，以便提高基底表面与薄膜的附着力。然后使用C4F8等气体作为沉积气体，放电10分钟，在玻璃和地电极之间的2mm间隙上产生等离子体5，可实现在纸张表面沉积约150nm厚的氟碳薄膜，所沉积氟碳薄膜接触角为100-110°。纸张表面薄膜沉积区域最大面积其直径可达500mm，然后通过将纸张基底侧移，采用多次沉积的方法，可将沉积面积进一步增大，实现大面积沉积，纸张一面沉积后翻过来再沉积别一面，即得到表面沉积150nm的氟碳薄膜自清洁纸张。所得纸张不仅书写流畅如正常纸张一样，更重要的是具有较好的疏水性，与未沉积氟碳薄膜的空白纸张相比，效果特别显著，详见附图3，(b)水滴到带有薄膜的纸张上久久保持水珠椭圆形，而(a)空白纸张上的水滴立即渗入纸张内并扩大湿润面积。
实施例2
采用实施例1所述的设备在玻璃表面进行氟碳薄膜沉积，高压电源由导线4接通高压电极提供交流近正弦波高压，电压峰峰值须达到30kV以上，频率2KHz，玻璃1两侧由两个对称的真空室的排气口同时与一个机械泵连接，排气时须将两个真空室同时排气，以避免玻璃两侧由于压力不均衡而碎裂。放电前，须将截止阀门10关闭，防止高压电极在排气口中产生等离子体。在沉积前，使用氦气作为放电气体，由入气口9通入，放电处理玻璃表面约10分钟，以便提高基底表面与薄膜的附着力。然后使用C3F6等气体作为沉积气体，放电20分钟，在玻璃和地电极之间的间隙(1-3mm)上产生等离子体5，可实现在玻璃表面沉积约200nm厚的氟碳薄膜，所沉积氟碳薄膜接触角为100-110°。玻璃表面薄膜沉积区域最大面积其直径可达200mm，然后通过玻璃张基底侧移，采用多次沉积的方法，可将沉积面积进一步增大，实现大面积沉积，即得到表面沉积200nm的氟碳薄膜自清洁玻璃。
实施例3
采用实施例1所述的设备在聚脂表面进行氟碳薄膜沉积，高压电源由导线接通高压电极提供交流近正弦波高压，电压峰峰值须达到30kV以上，频率2KHz，聚脂两侧由两个对称的真空室的排气口同时与一个机械泵连接，排气时须将两个真空室同时排气，以避免聚脂两侧由于压力不均衡而碎裂。放电前，须将截止阀门关闭，防止高压电极在排气口中产生等离子体。在沉积前，使用氩气作为放电气体，由入气口通入，放电处理聚脂表面约8分钟，以便提高基底表面与薄膜的附着力。然后使用C2F6等气体作为沉积气体，放电15分钟，在聚脂和地电极之间的3mm间隙上产生等离子体，可实现在聚脂表面沉积约100nm厚的氟碳薄膜，所沉积氟碳薄膜接触角为100-110°。聚脂表面薄膜沉积区域最大面积其直径可达100mm，然后通过聚脂张基底侧移，采用多次沉积的方法，可将沉积面积进一步增大，实现大面积沉积，即得到表面沉积100nm的氟碳薄膜自清洁聚脂。

Claims (2)

1.自清洁薄膜材料的制备方法，其特征是：采用高压电源接通沉积装置的高压电极，提供交流近正弦波高压，电压峰值20-35kV，频率500Hz-5kHz，绝缘材料两侧封密室同时压力均衡地抽真空后，关闭排气阀门，使用惰性气体作为放电气体，放电处理绝缘材料表面5-10分钟，然后使用氟碳气体作为沉积气体，放电5-20分钟，在绝缘材料表面和地电极之间的间隙上产生等离子体，在绝缘材料表面沉积50-200nm厚的氟碳薄膜，然后侧移对绝缘材料不同表面位置进行多次沉积至表面完全沉积氟碳薄膜；其中绝缘材料为玻璃或聚脂；原料氟碳气体为CF4、C2F6、C3F8或C4F8气体；惰性气体为氦气或氩气；所采用的沉积装置是，以绝缘材料为隔断的两个对称的真空室(6)上均装有排气口(8)，真空室内分别装有高压电极(2)和地电极(3)，绝缘材料置于高压电极和地电极之间，且与高压电极面接触，与地电极之间留有1-3mm间隙，装有高压电极的真空室上的排气口上装有截止阀(10)，装有地电极的真空室上开有入气孔(9)；沉积氟碳薄膜接触角为100-110°。
2.根据权利要求1所述的自清洁薄膜材料的制备方法，其特征是：绝缘材料表面薄膜单次沉积区域面积直径为100-800mm。
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