CN109913855A - 一种疏水材料和镀疏水膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种疏水材料，其特征在于，该疏水材料用于以等离子增强化学气相沉积法在物质表面形成疏水膜；所述疏水材料的化学通式为：R‑Si‑(ORX)3，其中，R为多碳长链烷基，碳原子数量3‑16；RX‑为Cl、‑CH3、‑C2H5其中一种或者多种。使用上述疏水材料镀疏水膜方法，包括以下步骤：(1)、将待镀膜面进行清洁处理；(2)、将等离子气体在具有微波的反应腔内活化；(3)、在待镀膜面形成疏水膜；(4)、反应腔内破真空，获得具有疏水膜的工件。疏水材料为无氟疏水材料，在镀膜过程中不产生含氟废气，也没有含氟材料溢出，对环境友好，不存在环保问题。
Description
技术领域
本发明涉及疏水材料技术领域，尤其涉及一种疏水材料和镀疏水膜方法。
背景技术
等离子化学气相沉积法镀疏水膜常用含氟疏水材料，如中国专利ZL201711446337.5、ZL201711446337.5和ZL201280055822.9，都采用含氟疏水材料，含氟疏水材料是等离子化学气相镀膜惯用的材料。但是，在镀膜过程中和镀膜完成后，含氟材料难以避免的被排放到大气中，该含氟疏水材料属于对环境非友好型材料，大量使用对环境造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种疏水材料和镀疏水膜方法，
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种疏水材料，该疏水材料用于以等离子增强化学气相沉积法在物质表面形成疏水膜；
疏水材料的化学通式为：R-Si-(ORX)3，其中，R为多碳长链烷基，碳原子数量3-16；RX-为Cl、-CH3、-C2H5其中一种或者多种。
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
使用上述疏水材料镀疏水膜方法，包括以下步骤：
(1)、将待镀膜面进行清洁处理；
(2)、在反应腔内利用等离子气体对待镀膜面进行活化处理；
(3)、保持反应腔内射频电源提供的功率不变，将汽化的疏水材料通入反应腔内，反应腔内的真空度保持在0.01-0.2mbar范围内，温度控制在40-60℃，等离子气体载气与汽化的疏水材料进行碰撞反应，在待镀膜面形成疏水膜；
(4)、反应腔内缓慢破真空，获得具有疏水膜的工件。
进一步的，在步骤(3)中，疏水材料在加热杯中汽化，疏水材料在加热杯的加入量是0.5-5ul/s，加热杯的加热温度为75-120℃。
进一步的，在步骤(2)和(3)中，射频电源提供的功率为200-800W。
进一步的，等离子气体是He、Ar、N2和O2中的一种或多种的混合。
本发明的有益效果为：
1、本发明的疏水材料为无氟疏水材料，在以等离子增强化学气相沉积法在物质表面镀膜过程中不产生含氟废气，也没有含氟材料溢出，对环境友好，不存在环保问题；
2、疏水材料的分子结构为R-Si-(ORX)3，其两端分别对有机物和无机物有较好的化学键结合力，起到桥接作用，-R端可与有机物结合，-(ORX)3端可与无机物结合，故对微通道基材有较好的附着结合效果；
3、在镀膜过程中，反应腔内真空度保持稳定，有利于膜层有效附着和密堆积，提高膜层质量，膜层在微通道内表面附着沉积更牢固，保证了疏水性能的持久性；
4、具有前处理和后处理步骤，保证镀膜前基材表面洁净干燥，有利于提高膜层质量；后处理则保证样品隔绝空气中氧气和水分，很好的避免了膜层被污染。
具体实施方式
下面结合附具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
一种疏水材料，该疏水材料用于以等离子增强化学气相沉积法在物质表面形成疏水膜；疏水材料的化学通式为：R-Si-(ORX)3，其中，R为多碳长链烷基，碳原子数量3-16；RX-为Cl、-CH3、-C2H5其中一种或者多种。
本发明的疏水材料为无氟疏水材料，在以等离子增强化学气相沉积法在物质表面镀膜过程中不产生含氟废气，也没有含氟材料溢出，对环境友好，不存在环保问题；疏水材料的分子结构为R-Si-(ORX)3，其两端分别对有机物和无机物有较好的化学键结合力，起到桥接作用，-R端可与有机物结合，-(ORX)3端可与无机物结合，故对微通道基材有较好的附着结合效果。
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
(正丁基三乙氧基硅烷)。
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
(异丁基三乙氧基硅烷)。
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)。
进一步的，疏水材料的化学结构式为：
(十六烷基三甲氧基硅烷)。
进一步的，疏水材料的化学结构式为：(十八烷基三氯硅烷)。
使用上述疏水材料镀疏水膜方法，包括以下步骤：
(1)、将待镀膜面进行清洁处理；
(2)、在反应腔内利用等离子气体对待镀膜面进行活化处理；
(3)、保持反应腔内射频电源提供的功率不变，将汽化的疏水材料通入反应腔内，反应腔内的真空度保持在0.01-0.2mbar范围内，温度控制在40-60℃，等离子气体载气与汽化的疏水材料进行碰撞反应，在待镀膜面形成疏水膜；
(4)、反应腔内缓慢破真空，获得具有疏水膜的工件。
在镀膜过程中，反应腔内的真空度保持稳定，镀膜环境稳定、反应气体充分进行反应缩短镀膜时间、膜层质量稳定结合牢固、工艺简单难度低；保持稳定的镀膜环境有利于膜层有效附着和密堆积，提高膜层质量，膜层在微通道内表面附着沉积更牢固，保证了疏水性能的持久性。本发明所指的镀膜面为裸露在器件外侧的面，方便进行镀膜。
在步骤(2)、(3)和(4)中，反应腔的一端具有气体进口，相对的另一端为抽真空出口，使气体在反应腔中单向流动。通过使反应腔内存在气体流动，等离子气体和疏水材料气体能在固定方向移动，在稳定的镀膜环境中，疏水材料能逐渐沉积在镀膜面上，形成高质量的疏水膜。
进一步的，在步骤(3)中，疏水材料在加热杯中汽化，疏水材料在加热杯的加入量是0.5-5ul/s，加热杯的加热温度为75-120℃。通过控制疏水材料的加入量和加热温度来控制进入反应腔的疏水材料的汽量，能保证疏水材料充分与等离子气体反应，不仅能节约疏水材料的用量，还能保证反应的反定性，进而保证疏水膜的质量。维持反应时间为10-60min，反应的时间跟疏水膜的厚度需求有关，维持反应时间越长，疏水膜的厚度越大。
进一步的，在步骤(2)和(3)中，射频电源提供的功率为200-800W。在该镀膜条件下，等离子分体能充分与疏水材料反应，疏水材料具有最佳的沉积速度，形成高质量的疏水膜。
进一步的，等离子气体是He、Ar、N2和O2中的一种或多种的混合。这几种气体均可以在射频的作用下形成高能粒子，完成与疏水材料的碰撞反应。
在步骤(1)中，将待镀膜面在恒温恒湿环境下烘干20-45min，该环境的温度45℃和湿度5％。对器件进行前处理，使基材表面洁净干燥，有利于提高膜层质量。同时，采用上述的前处理参数，能保证器件上的微通道全部被清洁。
在步骤(2)中，反应腔缓慢通入等离子气体，活化时间为1-5min，射频电源提供的功率为200-800W，反应腔真空度保持在0.04-0.2mbar范围内。在镀膜步骤之前对等离子气体进行活化，疏水材料进入反应等离子腔时保证该气体有足够的能量与疏水材料反应，节约疏水材料。本发明中等离子气体是He、Ar、N2和O2中的一种或多种的混合。等离子气体通入反应腔的流量1000-1700ul/s。等离子气体缓慢进入反应腔，使得等离子气体能缓慢的充满反应腔，能在反应腔中均匀分布。
在步骤(4)中，反应腔缓慢破真空，破真空时间为1-5min。缓慢破真空使微通道内纳米疏水材料进行有效附着和密堆积。破真空的时间与镀膜真空度和镀膜时间有关，镀膜真空度越大，破真空时间越长，镀膜时间越长，破真空时间越长。破真空是指使具有一定真空度的密闭空间恢复压力，直至与外界压力相同。
该镀疏水膜方法还包括(5)后处理步骤；后处理的方法为：将经步骤(4)之后的工件密封包装，放置于恒温恒湿环境20-45min，该环境的温度45℃和湿度5％。后处理步骤能保证样品隔绝空气中氧气和水分，很好的避免了膜层被污染。在后处理步骤还能使疏水膜进一步稳固。
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例组A
实施例A1-A6中的使用疏水材料镀疏水膜的方法，均包括以下步骤：
(1)前处理将待镀膜面在恒温恒湿环境下烘干；
(2)活化：在反应腔内利用等离子气体对待镀膜面进行活化处理；
(3)镀膜：汽化的疏水材料进入反应腔，通过等离子化学增强气相沉积法使所述疏水材料在镀膜面上沉积为疏水膜；
(4)反应腔内缓慢破真空；
(5)后处理：将经步骤(4)之后的工件密封包装，放置于恒温恒湿环境。
实施例A1-A6中各步骤参数如下表所示。
实施例A1-A6中采用的疏水材料如下表所示。
| 实施例 | 疏水材料 |
| 实施例A1 | 正丁基三乙氧基硅烷 |
| 实施例A2 | 异丁基三乙氧基硅烷 |
| 实施例A3 | 十八烷基三氯硅烷 |
| 实施例A4 | 十六烷基三甲氧基硅烷 |
| 实施例A5 | 十八烷基三氯硅烷 |
| 实施例A6 | 3-氨基丙基三乙氧基硅烷 |
对实施例A1-A6获得的疏水膜进行测试，疏水膜的静态接触疏水角均在120度-150度之间，有很好的疏水效果。对实施例A1-A6获得的疏水膜进行耐用性测试，每隔一段时间对事先封装芯片的疏水膜进行疏水角测试，在长达12个月的测试时间内，每隔2个月对疏水膜进行一次疏水角测试，发现每个实施例获得的疏水膜的疏水角均在120度以上，且波动范围在10度-15度之间，证明疏水膜质量稳定性高、有很好的耐用性。
实施例组B
实施例B1-B4均采用同一种疏水材料正丁基三乙氧基硅烷，研究这种材料在不同参数下沉积而成的疏水膜的质量。实施例B1-B4的镀疏水膜方法中的步骤及参数与实施例A2-A4一一对应，即实施例B1的步骤及参数与实施例A2相同、实施例B2的步骤及参数与实施例A3相同，此处不再赘述。
将实施例A1、B1-B4获得的疏水膜进行测试，疏水膜的静态接触疏水角如下表所示。
| 样品序号 | 实施例A1 | 实施例B1 | 实施例B2 | 实施例B3 | 实施例B4 |
| 1 | 145° | 142° | 148° | 146° | 140° |
| 2 | 148° | 148° | 146° | 144° | 145° |
| 3 | 140° | 150° | 142° | 145° | 142° |
| 4 | 142° | 140° | 144° | 146° | 140° |
| 5 | 146° | 142° | 140° | 148° | 146° |
由上表可知，在不同的步骤参数下，对疏水膜的疏水效果影响较小，在本发明的参数内可获得质量稳定的疏水膜。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种疏水材料，其特征在于，该疏水材料用于以等离子增强化学气相沉积法在物质表面形成疏水膜；
所述疏水材料的化学通式为：R-Si-(ORX)3，其中，R为多碳长链烷基，碳原子数量3-16；RX-为Cl、-CH3、-C2H5其中一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的疏水材料，其特征在于，所述疏水材料的化学结构式为：
3.根据权利要求1所述的疏水材料，其特征在于，所述疏水材料的化学结构式为：
4.根据权利要求1所述的疏水材料，其特征在于，所述疏水材料的化学结构式为：
5.根据权利要求1所述的疏水材料，其特征在于，所述疏水材料的化学结构式为：
6.根据权利要求1所述的疏水材料，其特征在于，所述疏水材料的化学结构式为：
7.使用权利要求1-6任一项所述疏水材料镀疏水膜方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、将待镀膜面进行清洁处理；
(2)、在反应腔内利用等离子气体对待镀膜面进行活化处理；
(3)、将汽化的疏水材料通入反应腔内，反应腔内的真空度保持在0.01-0.2mbar范围内，温度控制在40-60℃，等离子气体载气与汽化的疏水材料进行碰撞反应，在待镀膜面形成疏水膜；
(4)、反应腔内破真空，获得具有疏水膜的工件。
8.根据权利要求7的镀疏水膜方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述疏水材料在加热杯中汽化，疏水材料在加热杯的加入量是0.5-5ul/s，加热杯的加热温度为75-120℃。
9.根据权利要求7的镀疏水膜方法，其特征在于，在所述步骤(2)和(3)中，射频电源提供的功率为200-800W。
10.根据权利要求7的镀疏水膜方法，其特征在于，所述等离子气体是He、Ar、N2和O2中的一种或多种的混合。
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