CN112575317A - 一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，属于等离子体技术领域，该方法中，将反应腔室抽真空度，并通入惰性气体，使基材产生运动，通入单体蒸汽到反应腔室内，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层，单体蒸汽成分为：至少一种低偶极矩有机物单体和至少一种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，本发明筛选出具有低偶极矩和高化学惰性的有机物单体，通过多官能度单体调控涂层的自由体积和致密性，由于等离子化学气相沉积方法不仅可适用于多种单体，且对形成的涂层的成分与结构的可控性强，可使沉积的涂层在相同厚度下比派瑞林等现有涂层具有更优异的防护性能和绝缘性能。
Description
本申请是2017年8月23日提交的名称为“一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法”，申请号为201710729368.5的中国发明申请的分案申请。
技术领域
本发明属于等离子体化学气相沉积技术领域，具体涉及到一种纳米防护涂层的制备方法。
背景技术
防霉菌、防潮湿、防盐雾(简称三防)是电子器件在存储、运输及使用过程中需要解决的重要问题。而霉菌、盐雾和潮湿通常导致电子器件由于短路而失效。因此，对于应用于电子行业的防护涂层，除了具有优异的“三防”性能，还必须有良好的绝缘性。
目前，采用防护涂层对电子产品进行防护，是提高电子产品使用寿命的有效方法。获得防护涂层通常有两种方法，液相法和气相法。液相法通常采用三防漆，对电子产品进行涂敷后，利用热固化或光固化，在电路板上形成一层致密有机涂层，用于保护线路板及其相关设备免受环境的侵蚀。三防漆具有良好的耐高低温性能；其固化后成一层透明保护膜，具有优越的绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化、耐电晕等性能。但液相方法会产生废水、废气和废液，使用的溶剂会对电子器件基板本身产生一定损伤，此外其厚度大多为几十微米，难以控制在纳米级别，对于一些需要散热和信号传输的电子器件功能会有一定影响。
气相法则包括蒸镀、等离子体气相沉积等方法。最典型的蒸镀涂层为派瑞林涂层，由美国Union Carbide Co.开发并大量应用在电子产品防护当中。派瑞林涂层是一种对二甲苯的聚合物，先将对二甲苯加热到680摄氏度，形成具有活性对二甲苯二聚体，在沉积腔降低温度后，这种二聚体沉积在电子产品表面，形成聚合物薄膜。由于对二甲苯结构高度对称，偶极矩为0，且由于苯环的存在，聚合物分子具有较大的自由体积；同时由于聚合物分子量相对较大，使得涂层致密性高。由于以上特征，派瑞林涂层具有低水、气体渗透性、高屏障效果能够达到防潮、防水、防锈、抗酸碱腐蚀的作用。这种聚对二甲苯是在真空状态下沉积产生，可以应用在液态涂料所无法涉及的领域如高频电路、极弱电流系统的保护。聚合物薄膜涂层厚度是影响聚对二甲苯气相沉积敷形涂层防护失效的主要原因，印制电路板组件聚合物薄膜涂层在3～7微米厚度易发生局部锈蚀失效，在不影响高频介电损耗情况下涂层厚度应≥30微米。派瑞林涂层对于需要防护的印刷线路板的预处理要求较高，例如导电组件、信号传输组件、射频组件等，在气相沉积敷形涂层时需要对线路板组件做遮蔽预处理，避免对组件性能造成影响。这一弊端给派瑞林涂层的应用带来了极大限制。派瑞林涂层制备原料成本高、涂层制备条件苛刻(高温、高真空度要求)、成膜速率低，难以广泛应用。此外，厚涂层易导致散热差、信号阻隔、涂层缺陷增多、生产效率低等诸多问题。
针对以上问题，开发一种环保、绝缘性好，在涂层较薄情况下具有优异防护性能的涂层及制备方法，具有重要的应用价值。
等离子体化学气相沉积(plasma chemical vapor deposition，PCVD)是一种用等离子体激活反应气体，促进在基体表面或近表面空间进行化学反应，生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积法涂层具有以下优点：
(1)是干式工艺，生成薄膜均匀无针孔。
(2)等离子体聚合膜的耐溶剂性、耐化学腐蚀性、耐热性、耐磨损性能等化学、物理性质稳定。
(3)等离子体聚合膜与基体黏接性良好。
(4)在凹凸极不规则的基材表面也可制成均一薄膜。
(5)涂层制备温度低，可在常温条件下进行，有效避免对温度敏感器件的损伤。
(6)等离子体工艺不仅可以制备厚度为微米级的涂层而且可以制备超薄的纳米级涂层。
(7)涂层的可设计性强，在等离子体条件下，绝大多数有机物单体可被活化为具有较高活性的自由基，并在电子产品表面形成涂层。对单体偶极矩、化学惰性、自由体积的筛选与设计是获得绝缘性好、在较薄情况下具有优异防护性能的涂层的重要策略。
(8)涂层结构可控性强，可随时改变单体的成分和比例，使得涂层具有多层、梯度、调制等特殊结构。
(9)可制备无机和有机复合结构涂层。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法。该制备过程中，筛选出具有低偶极矩和高化学惰性的有机物单体，通过多官能度单体调控涂层的自由体积和致密性，使得涂层同时具有高绝缘性和优异的防护性，由于等离子化学气相沉积方法不仅可适用于多种单体，且对形成的涂层的成分与结构的可控性强，因此，通过单体的设计及工艺参数的优化，对涂层成分和结构进行调控与构筑，可使沉积的涂层在相同厚度下比派瑞林等现有涂层具有更优异的防护性能和绝缘性能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)前处理：
将基材置于纳米涂层制备设备的反应腔室内，对反应腔室连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到10～200毫托，并通入惰性气体He、Ar或He和Ar混合气体，开启运动机构，使基材在反应腔室内产生运动；
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为30～300毫托，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
至少一种低偶极矩有机物单体和至少一种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为15～65％；
通入单体蒸汽为将单体通过加料泵进行雾化、挥发并由低压10～200毫托引入反应腔室，所述通入单体蒸汽的流量为10～1000μL/min；
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，持续抽真空，保持反应腔室真空度为10～200毫托，1～5min后通入空气至一个大气压，停止基材的运动，然后取出基材即可；
或者，停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，向反应腔室内充入空气或惰性气体至压力2000-5000毫托，然后抽真空至10-200毫托，进行上述充气和抽真空步骤至少一次，通入空气至一个大气压，停止基材的运动，然后取出基材即可。
在低真空等离子体放电环境下，通过对能量的有效输出，控制单体分子结构较活泼的化学键发生断裂，形成自由基，自由基与电子产品表面活化基团通过化学键结合，聚合形成纳米薄膜，最终在基材表面形成高绝缘性防护涂层。
所述步骤(1)中基材在反应腔室内产生运动，基材运动形式为基材相对反应腔室进行直线往复运动或曲线运动，所述曲线运动包括圆周运动、椭圆周运动、行星运动、球面运动或其他不规则路线的曲线运动。
所述步骤(1)中基材为固体材料，所述固体材料为电子产品、电器部件、电子组装半成品，PCB板、金属板、聚四氟乙烯板材或者电子元器件，且所述基材表面制备有机硅纳米涂层后其任一界面可暴露于水环境，霉菌环境，酸、碱性溶剂环境，酸、碱性盐雾环境，酸性大气环境，有机溶剂浸泡环境，化妆品环境，汗液环境，冷热循环冲击环境或湿热交变环境中使用。
所述步骤(1)中反应腔室为旋转体形腔室或者立方体形腔室，其容积为50～1000L，反应腔室的温度控制在30～60℃，所述惰性气体通入流量为5～300sccm。
所述步骤(2)中：等离子体放电，进行化学气相沉积，沉积过程中等离子体放电过程包括小功率连续放电、脉冲放电或周期交替放电。
所述沉积过程中等离子体放电过程为小功率连续放电，具体包括以下沉积过程至少一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150～600W，持续放电时间60～450s，然后进入镀膜阶段，调整等离子体放电功率为10～150W，持续放电时间600～3600s。
所述沉积过程中等离子体放电过程为脉冲放电，具体包括以下沉积过程至少一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150～600W，持续放电时间60～450s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段为脉冲放电，功率10～300W，时间600s～3600s，脉冲放电的频率为1～1000HZ，脉冲的占空比为1∶1～1∶500。
所述沉积过程中等离子体放电过程为周期交替放电，具体包括以下沉积过程至少一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150～600W，持续放电时间60～450s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段等离子体为周期交替变化放电输出，功率10～300W，时间600s～3600s，交变频率为1-1000Hz，等离子体周期交替变化放电输出波形为锯齿波形、正弦波形、方波波形、全波整流波形或半波整流波形。
所述低偶极矩有机物单体包括：对二甲苯、苯、甲苯、四氟化碳、d-甲基苯乙烯、聚对二氯甲苯、二甲基硅氧烷、分子量500-50000的聚二甲基硅氧烷、烯丙苯、十氟联苯、十氟联苯酮、全氟烯丙基苯、四氟乙烯、六氟丙烯、1H，1H-全氟辛基胺、全氟碘代十二烷、全氟三丁胺、1，8-二碘代全氟辛烷、全氟己基碘烷、全氟碘代丁烷、全氟碘代癸烷、全氟辛基碘烷、1，4-二(2′，3’-环氧丙基)全氟丁烷、十二氟-2-甲基-2-戊烯、2-(全氟丁基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟辛基)碘代乙烷、全氟癸基乙基碘、1，1，2，2-四氢全氟己基碘、全氟丁基乙烯、1H，1H，2H-全氟-1-癸烯、2，4，6-三(全氟庚基)-1，3，5-三嗪、全氟己基乙烯、3-(全氟正辛基)-1，2-环氧丙烷、全氟环醚、全氟十二烷基乙烯、全氟十二烷基乙基碘、二溴对二甲苯、1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯；
所述多官能度不饱和烃及烃类衍生物包括：
1，3-丁二烯、异戊二烯、1，4-戊二烯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯、二乙二醇二乙烯基醚或二丙烯酸新戊二醇酯。
所述步骤(2)中，所述等离子体放电方式为射频放电、微波放电、中频放电、高频放电、电火花放电，所述高频放电和中频放电的波形为正弦或双极脉冲，射频等离子体是利用高频电磁场放电而产生的等离子体。微波法是利用微波的能量激发等离子体，具有能量利用效率高的优点，同时由于无电极放电，等离子体纯净，是目前高质量、高速率、大面积制备的优异方法。
涂层制备过程中，基材的运动特性和等离子体放电能量组合联动。制备过程中等离子体放电的同时，基材产生运动，提高了涂层沉积效率，并改善了涂层厚度的均匀性和致密性。
所制备的涂层具有绝缘、防水防潮，防霉菌，耐酸、碱性溶剂，耐酸、碱性盐雾，耐酸性大气，耐有机溶剂浸泡，耐化妆品，耐汗液，耐冷热循环冲击(-40℃～+75℃)，耐湿热交变(湿度75％～95％)等特性。具备上述防护性能的同时，涂层厚度在1～1000nm情况下，对频率在10M～8G范围内的射频通讯信号的影响低于5％。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：
1、等离子体化学气相沉积技术方法，比液相法三防涂层涂敷方法更环保；而相比蒸镀派瑞林方法，沉积温度低、速度更快、涂层结构和成分的可控性强，单体的可选择性强。
2、基材在反应腔室内发生运动，使不同位置的基材镀膜厚度趋向一致，解决了由于反应腔室内不同区域单体密度不同导致基材表面涂层厚度不均匀的问题。制备过程中，基材的运动特性和等离子体放电能量组合联动，放电能量输出的同时，基材进行运动，提高了沉积效率，使得到的防护涂层致密性显著提高。同时由于沉积效率的提高，单体蒸汽的化学单体原材料的用量也仅有其他现有技术中用量的10％～15％，从而减少了尾气废气的排放，更加绿色环保，在提高实际生产效能中具有重大的意义。
3、本发明筛选出具有低偶极矩和高化学惰性的有机物单体，通过多官能度单体调控涂层的自由体积和致密性，使得涂层同时具有高绝缘性和优异的防护性。
(1)本发明选择具有高对称性苯环及其苯衍生物或全氟化合物作为单体，其聚合后分子由于对称或者各碳原子被大量氟原子包覆，极性较低，其介电常数非常低，小于2.8，绝缘性高；
(2)由于苯环结构和氟碳结构具有较高的化学惰性，其形成的聚合物具有优异的化学稳定性；
(3)通过交联剂分子链的长短和官能度，可有效提高涂层的致密性和自由体积，从而提高绝缘性和防护性。
(4)通过引入交联结构的其他单体，控制单体配比，根据不同单体的分子键能、键长的差异、汽化温度的差异，给予设备相应的能量输出及工艺参数的有效变化，获得复合、渐变结构的聚合物纳米涂层。如聚二甲苯-氟碳多层复合结构，既保证了薄膜的绝缘性，又提高了电子产品等产品的耐环境腐蚀的性能。
日常生活中的电子设备极易受腐蚀环境的侵蚀而损坏，在使用的过程中基本处于腐蚀环境中，长此以往，会造成电子设备短路和断路等损害。本发明专利的镀膜方法大大增加了纳米在提高实际生产效能中具有重大的意义。提高了涂层在腐蚀性环境的使用寿命，提高了产品的保护效果。主要应用于以下产品：
(1)、便携设备键盘：便携式键盘具有小而轻的特点，常用于计算机，手机等设备。其能便于用户在旅程中办公。但是当其遇到常见液体的污染，如盛水茶杯的意外翻倒，雨水、汗液的浸透，键盘内部容易短路，进而损坏。使用该类纳米涂层对其进行镀膜后，当能够保障键盘表面易清理，遇水后功能完好，使得键盘能够适应更加严峻的环境。
(2)、LED显示屏：LED显示屏有商品宣传，店面装饰，照明，警示等用途。其部分用途需要面对雨水或者多粉尘的恶劣环境，如下雨天时，商场露天LED广告屏幕，路面警示灯，生产车间的LED显示屏控制面板，这些恶劣环境导致LED屏幕失灵，而且容易积灰，不易清洗，使用该纳米涂层后，能够有效解决上述问题。
(3)、智能指纹锁：指纹锁是智能锁具，它集合了计算机信息技术、电子技术、机械技术和现代五金工艺，被广泛应用于公安刑侦及司法领域。但是其遇水后，其内部线路易短路，难以修复，需要暴力拆锁，使用该涂层后，能够避免这一问题。
(4)、助听器、蓝牙耳机：助听器与蓝牙耳机均没有通讯线，使用该涂层后，用户可以在一定时间内在有水环境下使用，如洗澡，下雨天，设备均不会因为雨水浸润被损坏。
(5)、部分传感器：部分传感器需要在液体环境中工作，如水压、油压传感器，以及水下作业设备中用到的传感器，以及工作环境经常遇水的传感器，这些传感器在使用该涂层后，能够保障不会因为液体入侵机械设备内部结构而导致传感器失灵。
(6)、大多数3C产品：如移动电话、笔记本、PSP等。
(7)、其他需要防水的设备：包括需要在潮湿环境中作业，或者可能遇到常见液体泼洒等意外情况，会影响内部弱电线路正常运行的设备。
该方法制备的有机硅纳米涂层还可以适用于以下不同的环境及其涉及的相关产品：
防水防潮防霉菌：
1房屋内饰：卫生间顶面、墙纸、吊灯、窗帘、窗纱。2生活用品：蚊帐，台灯罩、筷子篓、汽车后视镜。3文物及艺术品：字帖、古玩、木雕、皮革、青铜器、丝绸、古装、古籍。4电子元器件及电子产品：传感器(潮湿或者多尘环境中作业)、各类电子产品(电子血压计、智能手表)的芯片、线路板、手机、LED屏幕、助听器。5精密仪器及光学设备：机械手表、显微镜。
耐酸、碱性溶剂，耐酸、碱性盐雾，耐酸性大气：
1住房内饰件：墙纸、瓷砖。2防护用具：耐酸(碱)手套、耐酸(碱)防护服。3机械设备及管道：烟道脱硫设备、密封件(酸/碱性润滑油)、管道、阀门、大管径海用输送管道内衬等处。4各种反应釜、反应器。5化学药品生产、储存；污水处理、曝气池；6其它：酸碱车间、防碱航空航天、能源电力、钢铁冶金、石油化工、医疗等各行业、贮藏容器、雕像(减小酸雨对其的腐蚀)、传感器(酸/碱性性环境下)。
耐有机溶剂浸泡，耐化妆品，耐汗液：
1如链烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化物、含氮化合物及含硫化合物溶剂等；2化妆品包装容器；3指纹锁、耳机。
耐冷热循环冲击(-40℃～+75℃)，耐湿热交变(湿度75％～95％)：电工、电子、汽车电器，如航空、汽车、家电、科研等领域的设备。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)前处理：
将基材置于纳米涂层制备设备的反应腔室内，闭合反应腔室并对反应腔室连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到10毫托，通入惰性气体Ar，开启运动机构，使基材在反应腔室内产生运动；
步骤(1)中基材为固体材料，所述固体材料为块状铝制材料和PCB板，且所述基材表面制备耐冷热循环冲击涂层后其任一界面可暴露于冷、热循环测试环境中。
步骤(1)中反应腔室为旋转体形腔室，反应腔室的容积为50L，反应腔室的温度控制在30℃，通入惰性气体的流量为5sccm。
步骤(1)中基材在反应腔室内产生运动，基材运动形式为基材相对反应腔室进行圆周运动，转速为6转/min。
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为30毫托时，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
一种低偶极矩有机物单体和三种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为15％；
通入单体蒸汽为将单体通过加料泵进行雾化、挥发并由低压10毫托引入反应腔室，所述通入单体蒸汽的流量为10μL/min；
所述一种低偶极矩有机物单体为：四氟乙烯；
所述三种多官能度不饱和烃及烃类衍生物为：1，3-丁二烯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯；
所述步骤(2)中等离子体放电，进行化学气相沉积，沉积过程中等离子体放电过程为小功率连续放电，具体包括以下沉积过程一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150W，持续放电时间450s，然后进入镀膜阶段，调整等离子体放电功率为10W，持续放电时间3600s。
所述步骤(2)中，等离子体放电方式为射频放电；
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，持续抽真空，保持反应腔体真空度为10毫托，1min后通入空气至一个大气压，然后取出基材即可。
上述过程得到的涂层介电常数为2.73，镀膜后的铝制材料和PCB板，冷、热循环冲击测试效果如下：
上述镀膜后的铝制材料，湿热交变测试效果如下：
实施例2
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材置于纳米涂层制备设备反应腔室内，闭合反应腔室并对反应腔室连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到30毫托，通入惰性气体He，启动运动机构，使基材进行运动；
步骤(1)中基材为固体材料，所述固体材料为块状铝制材料，且所述基材表面制备耐湿热交变涂层后其任一界面可暴露于湿热测试环境中。
步骤(1)中反应腔室为立方体形腔室，反应腔室的容积为250L，反应腔室的温度控制在40℃，通入惰性气体的流量为15sccm。
步骤(1)中基材进行行星运动，公转速度为8转/min，自转速度为5转/min。
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为60毫托时，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
四种低偶极矩有机物单体和一种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为32％；
通入单体蒸汽为将单体通过加料泵进行雾化、挥发并由低压30毫托引入反应腔室，所述通入单体蒸汽的流量为90μL/min；
所述四种低偶极矩有机物单体为：甲苯、四氟化碳、2-(全氟丁基)乙基甲基丙烯酸酯、全氟丁基乙烯；
所述一种多官能度不饱和烃及烃类衍生物为：聚乙二醇二丙烯酸酯；
所述步骤(2)中等离子体放电，进行化学气相沉积，沉积过程中等离子体放电过程为小功率连续放电，具体包括以下沉积过程六次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为600W，持续放电时间60s，然后进入镀膜阶段，调整等离子体放电功率为150W，持续放电时间600s。
所述步骤(2)中，等离子体放电方式为微波放电；
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，持续抽真空，保持反应腔体真空度为60毫托，2min后通入压缩空气至一个大气压，然后取出基材即可。
上述过程获得的涂层介电常数为2.45，铝制材料镀膜后，冷热循环冲击测试效果如下：
上述镀膜后的铝制材料，湿热交变测试效果如下：
实施例3
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材置于纳米涂层制备设备反应腔室内，闭合反应腔室并对反应腔体连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到80毫托，通入惰性气体Ar和He的混合气体，启动运动机构，使基材进行运动；
步骤(1)中基材为固体材料，所述固体材料为块状聚四氟乙烯板和电器部件，且所述块状聚四氟乙烯板表面制备防霉菌涂层后其任一界面可暴露于GJB150.10A-2009霉菌测试环境中使用，所述电器部件表面制备防水耐电击穿涂层后其任一界面可暴露于国际工业防水等级标准IPX7所述的环境使用。
步骤(1)中反应腔室为旋转体形腔室，反应腔室的容积为480L，反应腔室的温度控制在50℃，通入惰性气体的流量为60sccm。
步骤(1)中基材进行圆周运动，转速为9转/min。
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为120毫托时，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
三种低偶极矩有机物单体和三种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为46％；
通入单体蒸汽为将单体通过加料泵进行雾化、挥发并由低压80毫托引入反应腔室，所述通入单体蒸汽的流量为280μL/min；
所述三种低偶极矩有机物单体为：聚对二氯甲苯、1，8-二碘代全氟辛烷、全氟癸基乙基碘、1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯；
所述三种多官能度不饱和烃及烃类衍生物为：1，4-戊二烯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯；
所述步骤(2)中等离子体放电，进行化学气相沉积，所述沉积过程中等离子体放电过程为脉冲放电，具体包括以下沉积过程一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150W，持续放电时间450s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段为脉冲放电，功率10W，时间3600s，脉冲放电的频率为1HZ，脉冲的占空比为1∶500；
所述步骤(2)中，等离子体放电方式为电火花放电；
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，持续抽真空，保持反应腔体真空度为120毫托，3min后通入空气至一个大气压，然后取出基材即可。
上述过程获得的涂层介电常数为2.46，聚四氟乙烯板镀膜后，GJB150.10A-2009霉菌测试结果：
制备防水耐电击穿涂层电器部件在不同电压下测试水下浸泡实验结果：
IPX 7防水等级测试(水下1m浸水试验30min)结果：
实施例4
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材置于纳米涂层制备设备反应腔室内，闭合反应腔室并对反应腔体连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到130毫托，通入惰性气体Ar，启动运动机构，使基材进行运动；
步骤(1)中基材为固体材料，所述固体材料为块状聚四氟乙烯板和电器部件，且所述块状聚四氟乙烯板表面制备防霉菌涂层后其任一界面可暴露于GJB150.10A-2009霉菌测试环境中使用，所述电器部件表面制备防水耐电击穿涂层后其任一界面可暴露于国际工业防水等级标准IPX7所述的环境使用。
步骤(1)中反应腔室的容积为680L，反应腔室的温度控制在50℃，通入惰性气体的流量为160sccm。
步骤(1)中基材进行直线往复运动，运动速度为30mm/min。
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为180毫托时，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
两种低偶极矩有机物单体和四种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为53％；
通入单体蒸汽为将单体通过加料泵进行雾化、挥发并由低压100毫托引入反应腔室，所述通入单体蒸汽的流量为570μL/min；
所述两种低偶极矩有机物单体为：
分子量500的聚二甲基硅氧烷、全氟十二烷基乙烯；
所述四种多官能度不饱和烃及烃类衍生物为：1，3-丁二烯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯；
所述步骤(2)中等离子体放电，进行化学气相沉积，所述沉积过程中等离子体放电过程为脉冲放电，具体包括以下沉积过程五次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为600W，持续放电时间60s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段为脉冲放电，功率300W，时间600s，脉冲放电的频率为1000HZ，脉冲的占空比为1∶1；
所述步骤(2)中，等离子体放电方式为高频放电，高频放电的波形为正弦；
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，持续抽真空，保持反应腔体真空度为200毫托，4min后通入大气至一个大气压，然后取出基材即可。
上述过程得到的涂层介电常数为2.48，聚四氟乙烯板镀膜后，GJB150.10A-2009霉菌测试结果：
制备防水耐电击穿涂层电器部件在不同电压下测试水下浸泡实验结果：
IPX 7防水等级测试(水下1m浸水试验30min)结果：
实施例5
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材置于纳米涂层制备设备反应腔室内，闭合反应腔室并对反应腔体连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到200毫托，通入惰性气体Ar和He的混合气体，启动运动机构，使基材进行运动；
步骤(1)中基材为固体材料，所述固体材料为块状铝制材料，且所述基材表面制备耐酸、碱性环境涂层后其任一界面可暴露于酸、碱测试环境中。
步骤(1)中反应腔室的容积为1000L，反应腔室的温度控制在60℃，通入惰性气体的流量为300sccm。
步骤(1)中基材进行曲线往复运动，速度为80mm/min。
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为300毫托时，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
五种低偶极矩有机物单体和三种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为65％；
通入单体蒸汽为将单体通过加料泵进行雾化、挥发并由低压200毫托引入反应腔室，所述通入单体蒸汽的流量为1000μL/min；
所述五种低偶极矩有机物单体为：
十氟联苯、四氟乙烯、全氟碘代十二烷、全氟辛基碘烷、2-(全氟丁基)乙基甲基丙烯酸酯；
所述三种多官能度不饱和烃及烃类衍生物为：异戊二烯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯；
所述沉积过程中等离子体放电过程为周期交替放电，具体包括以下沉积过程一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150W，持续放电时间450s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段等离子体为周期交替变化放电输出，功率10W，时间3600s，交变频率为1Hz，等离子体周期交替变化放电输出波形为锯齿波形。
所述步骤(2)中，等离子体放电方式为中频放电，中频放电的波形为双极脉冲；
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，向反应腔室内充入空气至压力2000毫托，然后抽真空至10毫托，进行上述充气和抽真空步骤一次，通入空气至一个大气压，停止基材的运动，然后取出基材即可。上述过程所获涂层及镀膜后的铝制材料，测试效果如下：
(2)耐有机溶剂测试结果：(pass表示浸泡一段时间后接触角变化小于5°)
(3)酸、碱性测试结果：(pass表示实验一段时间后不发生腐蚀现象)
实施例6
一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材置于纳米涂层制备设备反应腔室内，闭合反应腔室并对反应腔体连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到160毫托，通入惰性气体Ar，启动运动机构，使基材进行运动；
步骤(1)基材为固体材料，所述固体材料为块状铝制材料和电器部件，且所述基材表面制备高绝缘性涂层后其任一界面可暴露于有机溶剂测试环境中。
步骤(1)中反应腔室的容积为400L，反应腔室的温度控制在40℃，通入惰性气体的流量为150sccm。
步骤(1)中基材进行曲线往复运动，速度为50mm/min。
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为240毫托时，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
四种低偶极矩有机物单体和六种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为54％；
通入单体蒸汽为将单体通过加料泵进行雾化、挥发并由低压160毫托引入反应腔室，所述通入单体蒸汽的流量为680μL/min；
所述四种低偶极矩有机物单体为：
2，4，6-三(全氟庚基)-1，3，5-三嗪、全氟十二烷基乙烯、二溴对二甲苯、1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯；
所述六种多官能度不饱和烃及烃类衍生物为：1，3-丁二烯、1，4-戊二烯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸新戊二醇酯；
所述沉积过程中等离子体放电过程为周期交替放电，具体包括以下沉积过程四次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为600W，持续放电时间60s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段等离子体为周期交替变化放电输出，功率300W，时间600s，交变频率为1000Hz，等离子体周期交替变化放电输出波形为半波整流波形。
所述步骤(2)中，等离子体放电方式为微波放电。
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，向反应腔室内充入惰性气体至压力5000毫托，然后抽真空至200毫托，进行上述充气和抽真空步骤五次，通入空气至一个大气压，停止基材的运动，然后取出基材即可。上述镀膜后的铝制材料，测试效果如下：
(1)疏水疏油性
(2)上述镀膜后的电器部件在不同电压下测试水下浸泡实验结果：
(3)耐有机溶剂测试结果：(pass表示浸泡一段时间后接触角变化小于5°)
(4)酸、碱性测试结果：(pass表示实验一段时间后不发生腐蚀现象)
Claims (8)
1.一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)前处理：
将基材置于纳米涂层制备设备的反应腔室内，对反应腔室连续抽真空，将反应腔室内的真空度抽到10～200毫托，并通入惰性气体He、Ar或He和Ar混合气体，开启运动机构，使基材在反应腔室内产生运动；
(2)高绝缘性涂层制备：
通入单体蒸汽到反应腔室内，至真空度为30～300毫托，开启等离子体放电，进行化学气相沉积，在基材表面化学气相沉积制备高绝缘性纳米涂层；
所述单体蒸汽成分为：
至少一种有机物单体和至少一种多官能度不饱和烃及烃类衍生物的混合物，所述单体蒸汽中多官能度不饱和烃及烃类衍生物所占的质量分数为15～65％；
所述通入单体蒸汽的流量为10～1000μL/min；
(3)后处理：
停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，持续抽真空，保持反应腔室真空度为10～200毫托，1～5min后通入空气至一个大气压，停止基材的运动，然后取出基材即可；
或者，停止通入单体蒸汽，同时停止等离子体放电，向反应腔室内充入空气或惰性气体至压力2000-5000毫托，然后抽真空至10-200毫托，进行上述充气和抽真空步骤至少一次，通入空气至一个大气压，停止基材的运动，然后取出基材即可；
所述步骤(1)中基材在反应腔室内产生运动，基材运动形式为基材相对反应腔室进行直线往复运动或曲线运动，所述曲线运动包括圆周运动、椭圆周运动、行星运动、球面运动或其他不规则路线的曲线运动；
所述有机物单体选自：甲苯，四氟化碳，四氟乙烯，2-(全氟丁基)乙基甲基丙烯酸酯，和全氟丁基乙烯；
所述多官能度不饱和烃及烃类衍生物选自：
1，3-丁二烯，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，和聚乙二醇二丙烯酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中基材为固体材料，所述固体材料为电子产品、电器部件、电子组装半成品，PCB板、金属板、聚四氟乙烯板材或者电子元器件，且所述基材表面制备有机硅纳米涂层后其任一界面可暴露于水环境，霉菌环境，酸、碱性溶剂环境，酸、碱性盐雾环境，酸性大气环境，有机溶剂浸泡环境，化妆品环境，汗液环境，冷热循环冲击环境或湿热交变环境中使用。
3.根据权利要求1所述的一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中反应腔室为旋转体形腔室或者立方体形腔室，其容积为50～1000L，反应腔室的温度控制在30～60℃，所述惰性气体通入流量为5～300sccm。
4.根据权利要求1所述的一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中：等离子体放电，进行化学气相沉积，沉积过程中等离子体放电过程包括小功率连续放电、脉冲放电或周期交替放电。
5.根据权利要求4所述的一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：所述沉积过程中等离子体放电过程为小功率连续放电，具体包括以下沉积过程至少一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150～600W，持续放电时间60～450s，然后进入镀膜阶段，调整等离子体放电功率为10～150W，持续放电时间600～3600s。
6.根据权利要求4所述的一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：所述沉积过程中等离子体放电过程为脉冲放电，具体包括以下沉积过程至少一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150～600W，持续放电时间60～450s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段为脉冲放电，功率10～300W，时间600s～3600s，脉冲放电的频率为1～1000HZ，脉冲的占空比为1∶1～1∶500。
7.根据权利要求4所述的一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：所述沉积过程中等离子体放电过程为周期交替放电，具体包括以下沉积过程至少一次：
沉积过程包括预处理阶段和镀膜阶段，预处理阶段等离子体放电功率为150～600W，持续放电时间60～450s，然后进入镀膜阶段，镀膜阶段等离子体为周期交替变化放电输出，功率10～300W，时间600s～3600s，交变频率为1-1000Hz，等离子体周期交替变化放电输出波形为锯齿波形、正弦波形、方波波形、全波整流波形或半波整流波形。
8.根据权利要求1所述的一种高绝缘性纳米防护涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，等离子体放电方式为射频放电、微波放电、中频放电、高频放电、电火花放电，所述高频放电和中频放电的波形为正弦或双极脉冲。
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