本發(fā)明涉及鍍膜工藝，更具體地說，涉及一種在柔性基底薄膜上制備功能性圖形薄膜的方法。

背景技術：

柔性材料主要是指有機聚合物材料，一般具有良好柔韌性、可彎曲、可折疊等特性。而柔性基底薄膜是指能夠卷繞的、作為鍍膜基底材料使用的薄膜，通常使用的柔性基底薄膜為塑料薄膜。在柔性基底材料表面鍍金屬薄膜，既可以保留基底柔軟、易彎曲等特性，還可以明顯改變其表面特性，賦予其各種新的功能，例如可用于抗靜電、屏蔽電磁波、纖維傳感器，以及隔熱膜、導電膜和增透膜等各種高技術與高性能的功能性薄膜，還廣泛應用于高性能汽車貼膜、觸摸屏、等離子電視和防輻射布料等各個方面。

在柔性基底上鍍金屬膜的常用方法包括幾種：①化學電鍍：不受織物形狀及大小限制，鍍層均勻，設備投入量小，生產(chǎn)效率高，控制較簡便；但屬濕法鍍膜，產(chǎn)生含重金屬離子加工污染不利于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，鍍液穩(wěn)定性、織物的耐用性和耐水洗性等還需作較大改善，并且化學鍍層和表面接枝聚合難以實現(xiàn)復雜成分材料的沉積。②真空蒸鍍：應用領域廣泛，設備比較簡單，操作容易，制成的薄膜純度高、質(zhì)量好，厚度可較準確控制，成膜速率快、效率高，薄膜的生長機理比較單純；但不易獲得結晶結構的薄膜，并且膜與基底附著性差，工藝重復性不夠好，不適宜加工高熔點和復雜成分的材料，不適于許多不耐高溫的柔性襯底如聚合物纖維。③磁控濺射：應用廣泛，可實現(xiàn)高速大面積沉積和大規(guī)模連續(xù)性生產(chǎn)，微米級厚度、附著性好、致密度高、節(jié)約水電，而且工藝流程簡便，無三廢處理，能滿足組合層產(chǎn)品的性能要求；但成本相對較高，成膜溫度大于等于300℃。

離子束濺射沉積(Ion Bean Sputtering Deposition，IBSD)鍍膜，是由惰性氣體電離成等離子體，經(jīng)引出、成束、加速、中和，形成高能高速的離子束，由離子束轟擊置于常溫、高真空中的靶材，將濺射出的靶材原子沉積到基底上形成薄膜。這種方法的特點是：①穩(wěn)定性好：沉積過程是動量轉換，無相變，可以消除內(nèi)應力和張力；②可控性、重現(xiàn)性好：可以納米級控制薄膜生長、薄膜微結構、薄膜織構和薄膜晶格取向；③成膜溫度低：常溫甚至是低溫成膜，基底不會變形；④清洗徹底：備有輔助離子源時，鍍膜前對基底進行預清洗，能提高薄膜和基底的附著力；⑤靶材粒子能量高：沉積的薄膜膜層密度高(有些膜層可以接近靶材密度)，雜質(zhì)少，與基底的結合力高；⑥適用性廣：適用除有機材料和易分解材料以外的眾多材料；為干法鍍膜，無環(huán)境問題；在制備合金薄膜時可以保證膜層材料比例與靶材相同；可以制備高熔點薄膜和絕緣薄膜；通過輔助通入氧氣還可以鍍氧化物膜。

但是目前的離子束濺射沉積鍍膜還無法實現(xiàn)納米級甚至亞納米級的柔性材料鍍膜。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的實施例公開了一種在柔性基底薄膜上制備功能性圖形薄膜的方法，以實現(xiàn)低溫環(huán)境下在柔性基底薄膜上制備密度高、附著力強的納米級甚至亞納米級的功能性圖形薄膜，并且可大幅提高功能性圖形薄膜的精細度、結合力、穩(wěn)定性和可控性等綜合性能。

本發(fā)明公開了一種在柔性基底薄膜上制備功能性圖形薄膜的方法，包括：把柔性基底薄膜固定在真空倉中的旋轉工件臺上，所述柔性基底薄膜的厚度為0.1～0.5mm；在所述柔性基底薄膜上制備包含功能性圖形薄膜形狀的光刻膠，從而光刻膠上暴露出來的柔性基底薄膜的部分與要形成的功能性圖形薄膜的形狀一致；將金屬靶材固定在真空倉中的靶臺上；抽取真空；將由離子源產(chǎn)生的等離子體經(jīng)引出、成束、加速、中和形成中性離子束；采用中性離子束轟擊金屬靶材，從金屬靶材濺射出來的金屬原子向所述柔性基底薄膜沉積從而在所述柔性基底薄膜暴露的部分上形成功能性圖形薄膜，所述離子束的能量為200～1000eV，轟擊時間為60～480s；功能性圖形薄膜的厚度為0.1～5nm；打開真空倉，取出柔性基底薄膜。本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)低溫環(huán)境下在柔性基底薄膜上制備納米級甚至亞納米級的功能性圖形薄膜。

對于本發(fā)明的一個實施例，所述金屬靶材的材料包括銅、鎢、鉭、鎳、鋁和銀。

對于本發(fā)明的一個實施例，抽取真空的方法包括：先用機械泵粗抽，再用分子泵細抽，直到真空度達到并且在全過程中保持至少為6×10-3Pa。

對于本發(fā)明的一個實施例，產(chǎn)生等離子體的方法包括：電磁線圈產(chǎn)生高頻高壓；陰極鎢絲產(chǎn)生輝光放電；通入惰性氣體，這些惰性氣體在高頻高壓下電離分解產(chǎn)生等離子體。具體地，惰性氣體可以包括氦、氖、氬、氪或氙。形成離子束的方法可以包括：將等離子體引出、成束、加速、中和從而形成離子束。例如，可以使用多孔屏柵將等離子體引出并成束從而形成為中性離子束，可以使用加速柵對離子束加速，可以使用浸沒式中和陰極發(fā)射電子對離子束進行中和形成中性離子束。

對于本發(fā)明的一個實施例，所述柔性基底薄膜為塑料袋，可以為聚乙烯形成。

本發(fā)明提供了一種在柔性基底薄膜上制備功能性圖形薄膜的方法，在柔性基底薄膜上制備光刻膠，該光刻膠上帶有要形成的制備功能性圖形薄膜的形狀，這時候通過離子束轟擊金屬靶材將金屬原子濺射并沉積到帶有功能性圖形薄膜形狀光刻膠的柔性基底薄膜上。本發(fā)明可以通過光刻膠的形狀、尺寸和精度直接決定所要形成的功能性圖形薄膜的形狀、尺寸和精度。本發(fā)明提供的方法使得低溫環(huán)境下在柔性基底薄膜上制備密度高、附著力強的納米級甚至亞納米級的功能性圖形薄膜成為可能，并且功能性圖形薄膜的精細度、結合力、穩(wěn)定性和可控性等性能都得到較大的改善。

附圖說明

通過以下參照附圖對本公開實施例的描述，本公開的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例離子束濺射在塑料袋上制備金屬商標的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例離子束濺射在塑料袋上制備金屬商標的各裝置示意圖；

各標號表示如下：

100-離子源；200-銅靶；300-旋轉靶臺；400-旋轉工件臺；500-塑料袋鍍膜區(qū)域；600-銅靶濺射原子；700-離子束。

具體實施方式

以下，將參照附圖來描述本公開的實施例。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本公開的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本公開的概念。

在附圖中示出了根據(jù)本公開實施例的各種結構示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚表達的目的，放大了某些細節(jié)，并且可能省略了某些細節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對大小、位置關系僅是示例性的，實際中可能由于制造公差或技術限制而有所偏差，并且本領域技術人員根據(jù)實際所需可以另外設計具有不同形狀、大小、相對位置的區(qū)域/層。

在本公開的上下文中，當將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時，該層/元件可以直接位于該另一層/元件上，或者它們之間可以存在居中層/元件。另外，如果在一種朝向中一層/元件位于另一層/元件“上”，那么當調(diào)轉朝向時，該層/元件可以位于該另一層/元件“下”。

根據(jù)本發(fā)明公開的實施例，公開了一種在柔性基底薄膜上制備金屬商標的方法，首先在柔性基底薄膜上制備光刻膠，該光刻膠上帶有將要制備的金屬商標的形狀，即光刻膠上帶有的鏤空形狀正好與商標的形狀一致，從而正好把要鍍膜的區(qū)域露出，這時候通過高能高速離子束轟擊金屬靶材將金屬原子濺射并沉積到柔性基底薄膜上。在本發(fā)明中，光刻膠的形狀、尺寸和精度直接決定了所要制備的金屬薄膜的形狀、尺寸和精度。例如光刻膠的精度如果可以達到納米級甚至亞納米級，顯然最后制備的金屬薄膜也可以達到納米級甚至亞納米級。本發(fā)明提供的方法使得低溫環(huán)境下在柔性基底薄膜上制備納米級甚至亞納米級的金屬薄膜成為可能，而且采用本發(fā)明的方法制備的金屬薄膜的精細度、結合力、穩(wěn)定性和可控性等性能都能得到較大改善。此外，本發(fā)明使用的工藝簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率和減少生產(chǎn)成本。

以下結合圖1和圖2對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。

本實施例需要在厚度大約為0.254mm聚乙烯(PE)軟性塑料袋上制備厚度大約為1nm的商標銅膜。當然對于本發(fā)明的其他實施例來說，也可以不在塑料袋上沉積金屬商標薄膜，還可以在其他柔性材料薄膜上形成金屬功能性圖形薄膜，例如但不限于布料、硬質(zhì)塑料、有機金屬薄膜、無機金屬薄膜等。柔性基底薄膜的厚度也可以是其他數(shù)值，優(yōu)選為0.1～0.5mm。要形成的金屬功能性圖形薄膜也可以是其他厚度，例如厚度優(yōu)選為0.1～5nm。

如圖1所示，首先執(zhí)行步驟S01，固定塑料袋鍍膜區(qū)域500，并在柔性基底薄膜上制備包含商標形狀的光刻膠。具體地，如圖2所示，將塑料袋鍍膜區(qū)域500固定在旋轉工件臺400上面，并在塑料袋鍍膜區(qū)域500上制備光刻膠(圖2中未示出)。由于光刻膠上帶有將要形成的金屬商標的形狀，則塑料袋鍍膜區(qū)域500上通過光刻膠鏤空區(qū)域露出的部分則正好與將要形成的金屬商標的形狀相同。當然對于塑料袋上不需要處理的部分，也可以采用一些設施進行遮蓋。

如圖1、圖2所示，接著執(zhí)行步驟S02，將銅(Cu)靶200固定在旋轉靶臺300上。對于本發(fā)明的其他實施例，也可以采用其他金屬靶材，例如鎢(W)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉭(Ta)或銀(Ag)，本發(fā)明對此不作限制。本領域普通技術人員熟知此步驟，這里不再贅述。

如圖1所示，接著執(zhí)行步驟S03，將工件臺裝入真空倉，抽取真空。如圖2所示，所有的裝置包括上面的塑料袋、工件臺400、金屬靶材200、靶臺300以及產(chǎn)生離子束的離子源100全部都應置于真空倉中，制備金屬薄膜的全過程中真空倉保持真空度高于6×10^-3Pa。形成真空的辦法可以包括如下步驟：先用機械泵粗抽，再用分子泵精抽，使真空倉真空度達到6.0×10^-3Pa以上，而且在整個鍍膜過程中都要保持在這一真空度，才能保證鍍膜效果。

如圖1所示，接著執(zhí)行步驟S04，產(chǎn)生等離子體。具體地，可以包括如下步驟：向真空倉內(nèi)的離子源100充入氣體，例如本發(fā)明的實施例中氣體可以是惰性氣體，接著打開高壓電源，使得離子源100內(nèi)的惰性氣體例如氬氣輝光放電產(chǎn)生Ar+等離子體。然在本發(fā)明的其他實施例中也可以采用其他方法產(chǎn)生等離子體，并且也可以采用其他惰性氣體元素產(chǎn)生等離子體，例如可以是氪氣(Kr)、氙氣(Xe)、氖氣(Ne)或氦氣(He)，本發(fā)明對此不做限制。以下為產(chǎn)生離子束的一個具體的示例方法，首先將惰性氣體例如氬氣、氪氣、氙氣、氦氣或氖氣等通入真空環(huán)境中，讓陰極鎢絲在高頻高壓下發(fā)射電子進行輝光放電，則這些惰性氣體能夠電離分解產(chǎn)生等離子體，其中高頻高壓可以由電磁線圈產(chǎn)生。

如圖1所示，接著執(zhí)行步驟S05，將等離子體形成為中性離子束700。具體地，可以將步驟S04中產(chǎn)生的Ar⁺等離子體經(jīng)過引出、成束、加速、中和形成高能高速離子束700?？梢允褂枚嗫灼翓艑⒌入x子體引出并成束從而形成離子束，使用加速柵對離子束加速，最后使用浸沒式中和陰極發(fā)射電子對離子束進行中和形成中性離子束700。對于本發(fā)明實施例的銅靶，加速柵的加速電壓例如可以是1～1000V，高能高速離子束700的能量可以為200～1000eV，在本發(fā)明的其他實施例中，如果采用是鎢靶，加速柵的加速電壓例如可以是1～800V，高能高速離子束700的能量可以為200～800eV。

如圖1所示，接著執(zhí)行步驟S06，采用中性離子束700轟擊金屬靶材200，從金屬靶材200濺射出來的金屬原子600向塑料袋鍍膜區(qū)域500沉積從而在鍍膜區(qū)域500暴露的部分上形成商標銅膜。如圖2所示，利用高能高速離子束700轟擊銅靶200，由銅靶200濺射出來的銅原子600向固定在工件臺400上的、帶光刻膠的塑料袋鍍膜區(qū)域500沉積，離子束轟擊時間大約為60～480s，形成厚度大約為0.1～5nm的商標銅膜。如果需要形成較厚的商標銅膜，則可以增加離子束轟擊以及鍍膜的時間；如果需要形成較薄的商標銅膜，則可以減少離子束轟擊以及鍍膜的時間。由于塑料袋鍍膜區(qū)域500上露出的部分(即不被光刻膠遮蓋的部分)正好與將要形成的商標銅膜圖形相同，則通過本發(fā)明的方法能夠通過離子束轟擊金屬靶材的方法在塑料袋上制備金屬商標薄膜。

最后執(zhí)行步驟步驟S07，打開真空倉，取出塑料袋并清洗光刻膠。清洗的方法例如可以是直接采用去膠機去除，灰化去除，濕法清洗(例如采用硫酸、雙氧水等進行清洗)、或利用氧氣進行等離子刻蝕。本領域的技術人員可以根據(jù)實際情況進行清洗。光刻膠清洗完畢后，本發(fā)明的實施例完成，在塑料袋上實現(xiàn)了金屬商標鍍膜。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，應用離子束濺射沉積技術在塑料袋上制備納米級甚至亞納米級的商標銅膜，塑料袋不變形，銅膜圖案精細，附著力強，即使用力搓塑料袋銅膜也不會起皺、變色、變形，因此本發(fā)明的技術具有廣泛的應用價值。

在以上的描述中，對于各層的構圖、刻蝕等技術細節(jié)并沒有做出詳細的說明。但是本領域技術人員應當理解，可以通過各種技術手段，來形成所需形狀的層、區(qū)域等。另外，為了形成同一結構，本領域技術人員還可以設計出與以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，盡管在以上分別描述了各實施例，但是這并不意味著各個實施例中的措施不能有利地結合使用。

以上對本公開的實施例進行了描述。但是，這些實施例僅僅是為了說明的目的，而并非為了限制本公開的范圍。本公開的范圍由所附權利要求及其等價物限定。不脫離本公開的范圍，本領域技術人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應落在本公開的范圍之內(nèi)。