在單晶矽基片表面製備Co₃O₄複合薄膜的方法及用途的製作方法

2023-04-27 03:23:16 1

專利名稱：在單晶矽基片表面製備Co3O4複合薄膜的方法及用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在單晶矽基片表面製備Co304複合薄膜的方法，用於微型複雜元器件的 規模化生產模具表面，增強抗磨損性能。
背景技術：
微系統技術的迅猛發展對微型複雜元器件的規模化生產提出日益緊迫的要求，微注射成 形技術是近年發展的大規模生產微型元器件的最具潛力的製備技術，目前微注射成形用模具 均以單晶矽片為基材，採用深刻蝕技術加工，脆性大，強度低，壽命低。
具有尖晶石結構的Co304，其顆粒的大小和形貌對其物理化學性能有顯著影響，其在壓敏 陶瓷、催化劑、傳感器、電化學物質、磁性物質等方面有著廣泛的應用。合成0)304的常用 方法有固相熱分解法、化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法、水熱法等。與其它的製備薄膜技術相 比，自組裝薄膜技術具有可操作性、適應性強，具有廣泛的應用前景。但是，0)304分散性較 差，在絕大部分溶劑中不溶，溼潤性能差，很難與基底形成有效粘結。

發明內容
本發明公開一種在單晶矽基片表面製備Co304複合薄膜的方法，用於微型複雜元器件的 規模化生產模具表面，以增強模具表面抗磨損性能，克服現有技術採用深刻蝕技術加工存在 的脆性大，強度低，壽命低等缺陷，既保證模腔的精確性和複雜性，又大大延長模具使用壽 命，尤其對於微注射成形技術的規模化應用具有重要的推動作用。
本發明為提高0)304的分散性並增加其與基底界面的結合力，採用對0)304的表面改性
及基底表面組裝活性基團等方法，來提高C0304與基底表面之間的界面結合程度，獲得摩擦
學性能良好的複合膜。
一種在單晶矽基片表面製備C0304複合薄膜的方法，其特徵在於
A) 首先對單晶矽基片進行羥基化處理
將單晶矽基片置於Pimhan溶液中於卯'C下處理1小時，所述溶液H2S04與H202的體 積比為=70:3 0 ，再用去離子水超聲清洗後，放在一個防塵裝置內在烘箱中千燥，乾燥溫度 沒有特殊要求。
B) 將處理後的單晶矽基片浸入硝酸鈷溶液和氫氧化鈉溶液，再將該混合液和高溫高壓水並行流入反應容器，反應溫度為30(TC;
C) 取0.015 —0.02mol的Co(N03)2 6H20,放入燒杯中，加水溶解，在磁力攪拌下先後 滴加聚乙二醇溶液50 g L"和pH=10的緩衝溶液NH3-NH4C1各5mL，最後滴加8 — 15mL H202;攪拌30min。
D) 將此混合液裝進容積為100 mL內附聚四氟乙烯的不鏽鋼高壓反應釜內，再加入適量 正丁醇使填裝度為70%，密封后於200 'C下反應20分鐘，自然冷卻至室溫後，將反應物混合 物離心分離。
E) 將所得的黑色沉澱依次用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，80 t:乾燥8 h，得到表面 附有0)304薄膜的單晶矽基片。
在單晶矽基片表面製備Co304複合薄膜，用於微型複雜元器件的規模化生產模具表面， 以降低脆性，增強抗磨損性能。
本發明工藝簡單，不存在環境汙染問題；在單晶矽基片表面製備的Co304複合薄膜可以 將摩擦係數從無薄膜時的0.8降低到0.3左右，具有十分明顯的減摩作用。此外C0304複合薄 膜還具有良好的抗磨損性能，用於微型複雜元器件的規模化生產模具表面，以增強模具表面 抗磨損性能，延長使用壽命。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明加以詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋，是本發明的比
較好的應用形式，而本發明並不局限於以下實施例。 實施例1:
首先對單晶矽基片採用羥基化處理，處理方法用Pirahan溶液於9(TC下處理1小時， 所述溶液H2S04與H202的體積比為-70 :3 0 ，再用去離子水超聲清洗後，放在一個防塵裝 置內在烘箱中乾燥，乾燥溫度沒有特殊要求。這樣的時間和溫度下處理出來的單晶矽基片羥 基化非常完全而且單晶矽基底很平整，沒有被腐蝕。然後將處理後的單晶矽基片浸入硝酸鈷 溶液和氫氧化鈉溶液，再將該混合液和高溫高壓水並行流入反應容器，反應溫度為300°C， 取0.015mol的Co(NO3)2'6H20，放入燒杯中，加少量水溶解，在磁力攪拌下先後滴加聚乙二 醇溶液(50g'L")和NH3-NH4Cl緩衝溶液(pH40)各5mL,最後滴加8mL H202;攪拌30 min. 將此混合液裝進容積為100 mL內附聚四氟乙烯的不鏽鋼高壓反應釜內，再加入適量正丁醇 使填裝度為70%,密封后於200 'C下反應20分鐘，自然冷卻至室溫，將反應物混合物離心分 離，所得的黑色沉澱依次用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，80 。C乾燥8 h，得到表面附有
4C0304薄膜的單晶矽基片。
採用點接觸純滑動微摩擦性能測量儀測量複合膜摩擦係數。在單晶矽基片表面製備的 Co304複合膜可以將摩擦係數從無膜時的0.8降低到0.4，具有十分明顯的減摩作用。
實施例2:
首先對單晶矽基片採用羥基化處理，處理方法用Pirahan溶液於90'C下處理l小時， 所述溶液112804與^02的體積比為=70 :3 0 ，再用去離子水超聲清洗後，放在一個防塵裝 置內在烘箱中乾燥，乾燥溫度沒有特殊要求。這樣的時間和溫度下處理出來的單晶矽基片羥 基化非常完全而且單晶矽基底很平整，沒有被腐蝕。然後將處理後的單晶矽基片浸入硝酸鈷 溶液和氫氧化鈉溶液，再將該混合液和高溫高壓水並行流入反應容器，反應溫度為30(TC， 取0.018mol的Co(NO3)2.6H20，放入燒杯中，加少量水溶解，在磁力攪拌下先後滴加聚乙二 醇溶液(50 g 'L")和NH3-NH4C1緩衝溶液(pH40)各5mL，最後滴加10mLH2O2;攪拌30 min。 將此混合液裝進容積為100 mL內附聚四氟乙烯的不鏽鋼高壓反應釜內，再加入適量正丁醇 使填裝度為70%,密封后於200 。C下反應20分鐘，自然冷卻至室溫，將反應物混合物離心分 離，所得的黑色沉澱依次用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，80 'C乾燥8 h，得到表面附有 0)304薄膜的單晶矽基片。
採用實施例1中的表徵手段對薄膜質量進行評價。在單晶矽基片表面製備的C0304複合
薄膜可以將摩擦係數從無膜時的0.8降低到0.3左右，具有十分明顯的減摩作用。 實施例3:
首先對單晶矽基片採用羥基化處理，處理方法用Pirahan溶液於90。C下處理l小時， 所述溶液112304與1^02的體積比為=70 :3 0 ，再用去離子水超聲清洗後，放在一個防塵裝 置內在烘箱中乾燥，乾燥溫度沒有特殊要求。這樣的時間和溫度下處理出來的單晶矽基片羥 基化非常完全而且單晶矽基底很平整，沒有被腐蝕。然後將處理後的單晶矽基片浸入硝酸鈷 溶液和氫氧化鈉溶液，再將該混合液和高溫高壓水並行流入反應容器，反應溫度為3(KTC， 取0.015mol的Co(N03)2 6H20，放入燒杯中，加少量水溶解，在磁力攪拌下先後滴加聚乙二 醇溶液(50 g L")和NH3-NH4C1緩衝溶液(pH40)各5mL,最後滴加8mL H202;攪拌30 min. 將此混合液裝進容積為100 mL內附聚四氟乙烯的不鏽鋼高壓反應釜內，再加入適量正丁醇 使填裝度為70%,密封后於200 。C下反應20分鐘，自然冷卻至室溫，將反應物混合物離心分 離，所得的黑色沉澱依次用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，80 。C乾燥8 h，得到表面附有 0)304薄膜的單晶矽基片。
採用實施例1中的表徵手段對薄膜質量進行評價。在單晶矽基片表面製備的0)304複合薄膜可以將摩擦係數從無膜時的0.8降低到0.36左右，具有十分明顯的減摩作用。
權利要求
1、一種在單晶矽基片表面製備Co3O4複合薄膜的方法，其特徵在於A)首先對單晶矽基片進行羥基化處理將單晶矽基片置於Pirahan溶液中於90℃下處理1小時，所述溶液H2SO4與H2O2的體積比為＝70∶30，再用去離子水超聲清洗後，放在一個防塵裝置內在烘箱中乾燥；B)將處理後的單晶矽基片浸入硝酸鈷溶液和氫氧化鈉溶液，再將該混合液和高溫高壓水並行流入反應容器，反應溫度為300℃；C)取0.015-0.02mol的Co(NO3)2·6H2O，放入燒杯中，加水溶解，在磁力攪拌下先後滴加聚乙二醇溶液50g·L-1和pH＝10的緩衝溶液NH3-NH4Cl各5mL，最後滴加8-15mLH2O2；攪拌30min；D)將此混合液裝進容積為100mL內附聚四氟乙烯的不鏽鋼高壓反應釜內，再加入適量正丁醇使填裝度為70％，密封后於200℃下反應20分鐘，自然冷卻至室溫後，將反應物混合物離心分離；E)將所得的黑色沉澱依次用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，80℃乾燥8h，得到表面附有Co3O4薄膜的單晶矽基片。
2、 一種在單晶矽基片表面製備Co304複合薄膜的用途，其特徵在於用於微型複雜元 器件的規模化生產模具表面，以降低脆性，增強抗磨損性能。
全文摘要
一種在單晶矽基片表面製備Co3O4複合薄膜的方法，先將單晶矽基片置於Pirahan溶液中90℃下處理1小時，然後用去離子水超聲清洗，置於防塵烘箱中乾燥，再將其浸入硝酸鈷溶液和氫氧化鈉溶液，將該混合液和高溫高壓水並行流入反應容器，反應溫度為300℃；取Co(NO3)2·6H2O，放入燒杯加水溶解，磁力攪拌後先滴加聚乙二醇溶液和pH＝10的緩衝溶液，再滴加H2O2攪拌30min。將此混合液裝進內附聚四氟乙烯的不鏽鋼高壓反應釜密封，於200℃下反應20分鐘，將反應物混合物離心分離，洗滌、乾燥，得到表面附有Co3O4薄膜的單晶矽基片，本發明用於微型複雜元器件的規模化生產模具表面，增強抗磨損性能。
文檔編號C23C20/00GK101665933SQ20091019614
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者健 李 申請人:上海第二工業大學