CN1410590A

CN1410590A - 制备金刚石和类金刚石薄膜的方法

Info

Publication number: CN1410590A
Application number: CN 02147704
Authority: CN
Inventors: 马志斌; 汪建华
Original assignee: Wuhan Chemistry College
Current assignee: Wuhan Chemistry College
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2003-04-16

Abstract

本发明是一种用脉冲电弧放电电离有机溶液制备金刚石和类金刚石薄膜，即：将有机溶液在常温常压和脉冲电压0.5～30KV条件下，诱导阳、阴电极(1)、(2)产生脉冲电弧放电，使有机溶液电离成含碳等离子体，冲向并沉积在基板(3)上，制得金刚石薄膜或类金刚石薄膜。本发明具有合成温度低和沉积速率快等优点。

Description

制备金刚石和类金刚石薄膜的方法

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是一种是用脉冲电弧放电电离有机溶液制备金刚石和类金刚石薄膜的方法。

背景技术

目前，金刚石薄膜的制备主要采用的是化学气相沉积工艺，由化学气相沉积装置完成，该工艺的缺陷是：一是沉积温度较高，致使金刚石薄膜无法在某些低熔点的基板上沉积；二是沉积速率较低，导致产量低，从而限制了金刚石薄膜的广泛应用。而目前利用电化学沉积装置电解有机溶液得到的主要是类金刚石薄膜，即：采用的是低电压直流电解方法，在直流电压300～1600V下，电解丙酮、甲醇、乙醇等有机溶液，使之沉积在与电极相连的基板上，形成类金刚石薄膜。低电压直流电解方法的缺陷在于：一是沉积速率非常低，致使生产效率低下；二是产品单一，只能得到质量不高的类金刚石薄膜，从而限制了金刚石和类金刚石薄膜的广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，该方法不仅能解决金刚石薄膜的低温沉积困难，而且能高效率、高质量地生产出金刚石或类金刚石薄膜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这样的：用脉冲电弧放电电离有机溶液，将有机溶液在常温常压和脉冲电压0.5～30KV条件下，诱导阴、阳电极间产生脉冲电弧放电，使有机溶液电离成含碳等离子体，冲向并沉积在基板上，制得金刚石薄膜或类金刚石薄膜。

本发明具有如下主要优点：

其一.在常温常压下即可合成金刚石或类金刚石薄膜。

其二.沉积速率快，在大气环境下产生稠密的含碳等离子体，从而提高了生产效率，利于推广金刚石和类金刚石薄膜的应用。

其三.产品的多样性：既可生产金刚石薄膜，又可生产类金刚石薄膜。

附图说明

附图是本发明采用的脉冲电弧放电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明

本发明用脉冲电弧放电电离有机溶液，将有机溶液在常温常压和脉冲电压0.5～30KV条件下，诱导阳电极1、阴电极2产生脉冲电弧放电，使有机溶液电离成含碳等离子体，冲向并沉积在基板3上，制得金刚石薄膜或类金刚石薄膜。

上述的脉冲电弧放电电离有机溶液合成法，通过脉冲电弧放电装置实施。

脉冲电弧放电装置的结构如附图所示：设有高压和电弧产生电路；高压产生电路由调压器B1、高压变压器B2、二极管D、限流电阻R组成；电弧产生电路由电容C和阳电极1、阴电极2组成，电极位于基板3的上方，且两电极的间距是2～4mm。基板3由钼片或硅片制成，其与电加热器4相连。电加热器4是电炉丝。为了检测沉积温度，可将热电偶5的测温探头接触基板3。

上述电路的连接关系如附图所示：调压器B1的初级、次级线圈，分别连接220V交流电源、高压变压器B2的初级线圈，高压变压器B2的次级线圈一端接阴电极和电容C的一端，B2的次级线圈另一端经二极管D负极接限流电阻R的一端，限流电阻R的另一端接阳电极和电容C的另一端。

上述的有机溶液可以是甲醇、乙醇、丙酮等溶液。有机溶液诱导阴、阳电极产生脉冲电弧放电方式有两种：一种是有机溶液滴6通过阴、阳电极的间隙方式(见图)。另一种是阳电极1、阴电极2和基板3位于有机溶液中(未画图)，此时有机溶液与阴、阳电极始终接触；该种方式设有控制开关(如可控硅)，其作用是控制电容器的放电。

本发明是根据电弧放电方式不同，调节脉冲电压和有机溶液的浓度，在常温常压下，制备金刚石或类金刚石薄膜的。举例如下：

制取金刚石薄膜的工艺条件：在脉冲电压4～30KV下，若甲醇浓度5～15％，或乙醇浓度＜10％，或丙酮浓度＜5％时，均可制得金刚石薄膜产品。

制取类金刚石薄膜的工艺条件：在脉冲电压0.5～30KV下，若甲醇浓度＞15％，或乙醇浓度＞10％，或丙酮浓度＞5％时，均可制得类金刚石薄膜产品。

下面简述一下脉冲电弧放电装置的工作过程。

1.如图所示：通电后，调压器B1和高压变压器B2将220V交流电压升至所需电压，热电偶5监测电加热器4对基板3的加热温度。当有机溶液滴6通过阳电极1和阴电极2的间隙时，本装置的电路回路瞬间导通，电容C放电，诱导阳、阴电极产生脉冲电弧放电，使有机溶液电离成高浓度的含碳等离子体，冲向并沉积在基板3上。依此重复，制得金刚石薄膜或类金刚石薄膜产品。

2.将电极完全浸入有机溶液中。通电后，调压器B1和高压变压器B2将220V交流电压升至所需电压，热电偶5监测电加热器4对基板3的加热温度，电容器正极通过控制开关与阳极1相连并处于断开状态。工作时，控制开关瞬间导通，电容器上的高压瞬间加到电极上，形成脉冲电弧放电电离有机溶液，产生稠密的含碳等离子体，冲向并沉积在基板3上。依此重复，制得金刚石薄膜或类金刚石薄膜产品。

Claims

1.一种制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是用脉冲电弧放电电离有机溶液制备金刚石和类金刚石薄膜，将有机溶液在常温常压和脉冲电压0.5～30KV条件下，诱导阳、阴电极(1)、(2)产生脉冲电弧放电，使有机溶液电离成含碳等离子体，冲向并沉积在基板(3)上，制得金刚石薄膜或类金刚石薄膜。

2.根据权利要求1所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是所述的脉冲电弧放电电离有机溶液合成法，通过脉冲电弧放电装置实施，该装置设有高压和电弧产生电路；高压产生电路由调压器B1、高压变压器B2、二极管D、限流电阻R组成；电弧产生电路由电容C和阳电极(1)、阴电极(2)组成，电极位于基板(3)的上方，且两电极的间距是2～4mm；基板与电加热器(4)相连，

上述电路的连接关系是：调压器B1的初级、次级线圈，分别连接220V交流电源、高压变压器B2的初级线圈，高压变压器B2的次级线圈一端接阴电极和电容C的一端，B2的次级线圈另一端经二极管D负极接限流电阻R的一端，限流电阻R的另一端接阳电极和电容C的另一端。

3.根据权利要求2所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是所述的阳电极(1)、阴电极(2)和基板(3)，位于有机溶液中；设有控制开关，其两端分别与阳电极、二极管D的负极相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是有机溶液是甲醇，在甲醇浓度5～15％和脉冲电压4～30KV下，制得金刚石薄膜。

5.根据权利要求1或2或3所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是有机溶液是甲醇，在甲醇浓度＞15％和脉冲电压0.5～30KV下，制得类金刚石薄膜。

6.根据权利要求1或2或3所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是有机溶液是乙醇，在乙醇浓度＜10％和脉冲电压4～30KV下，制得金刚石薄膜。

7.根据权利要求1或2或3所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是有机溶液是乙醇，在乙醇浓度＞10％和脉冲电压0.5～30KV下，制得类金刚石薄膜。

8.根据权利要求1或2或3所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是有机溶液是丙酮，在丙酮浓度＜5％和脉冲电压4～30KV下，制得金刚石薄膜。

9.根据权利要求1或2或3所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是有机溶液是丙酮，在丙酮浓度＞5％和脉冲电压0.5～30KV下，制得类金刚石薄膜。

10.根据权利要求1或2或3所述的制备金刚石和类金刚石薄膜的方法，其特征是基板(3)由钼片制成。