專利名稱：基于微器件的減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米有機薄膜材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種適用于微器件的 減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的日益更新，工業(yè)產(chǎn)品沿著系統(tǒng)及產(chǎn)品小型化、智能化、集 成化的方向發(fā)展，微/納機電系統(tǒng)MEMS (Micro-Electro MechanicalSystems)/ NEMS (Nano-Electro-Mechanical Systems)開辟了一個新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。微/納機電 系統(tǒng)中的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、真空微電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、 環(huán)境監(jiān)控、軍事等眾多領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。然而，作為微/納機電系統(tǒng)中關(guān) 鍵的摩擦學(xué)問題，如粘著引發(fā)的器件破壞、系統(tǒng)失效等問題尚未得到解決。在MEMS/NEMS所 應(yīng)用的材料中，金屬如鋁、銅、鎳等導(dǎo)電性良好的材料常被用作MEMS/NEMS器件基體表面上 的鍍層金屬、集成電路及其它微器件，鎂及其合金也由于比強度高、高散熱性、抗電磁干擾 性好和減震性好等特點非常適合于電子元件和精密儀器行業(yè)，在MEMS/NEMS中具有廣闊的 應(yīng)用前景，但這些金屬材料均由于表面容易氧化呈親水性會吸附空氣中的水分導(dǎo)致粘結(jié)， 以致其在摩擦接觸的場合性能不佳，使摩擦學(xué)性能迅速惡化，并且微細尺度下，傳統(tǒng)的潤滑 手段往往難以解決其運行中遇到的摩擦學(xué)問題。因此，對材料表面進行功能化處理以解決 其摩擦學(xué)問題顯得尤為重要。近年來疏水納米有機薄膜材料不僅在腐蝕防護、微流體系統(tǒng)和生物相容性等方面 有著潛在的應(yīng)用價值，而且由于材料表面的摩擦學(xué)問題與其浸潤性有著重要關(guān)系，所以疏 水納米有機薄膜材料在當今迅猛發(fā)展的微電子制造業(yè)中微器件的摩擦學(xué)、潤滑及脫模等也 有廣闊的應(yīng)用前景。例如中國發(fā)明專利公開號為CN 1978600，公開了一種具有納米厚度的 潤滑薄膜的制備方法，它首先在基底材料表面進行硅烷偶聯(lián)劑處理，后在其表面采用旋涂 法和浸漬提拉法制備一層摻雜離子液體的十八烷酸鉀，最后進行熱處理，得到的復(fù)合納米 有機薄膜具有低的摩擦系數(shù)和較好的摩擦學(xué)性能；張俊彥等(摩擦學(xué)學(xué)報.2007，27 (3) 199-203)采用自組裝方法在羥基化硅基底表面制備得到了硬脂酸/環(huán)氧硅烷雙層納米有 機薄膜，自組裝雙層納米有機薄膜對水的接觸角為96°，能夠有效降低基底的摩擦系數(shù)，摩 擦系數(shù)穩(wěn)定在0. 12左右，同時表現(xiàn)出優(yōu)異承載抗磨性能。通過對材料表面進行功能化處理 得到疏水納米有機薄膜，從而能夠提高微器件的摩擦學(xué)性能，但可以發(fā)現(xiàn)以上兩種方法工 藝過程較為復(fù)雜，又由于旋涂工藝和自組裝法得到的納米有機薄膜主要是依靠物理吸附或 范德華力結(jié)合，納米有機薄膜的使用壽命受到限制，而且與國內(nèi)外眾多有關(guān)疏水納米有機 薄膜材料研究及報道涉及到的制備方法一樣，都需要特定的設(shè)備、苛刻的條件、復(fù)雜的處理 工序和較長的周期，難以用于大面積疏水納米有機薄膜材料的制備，限制了其規(guī)模生產(chǎn)及 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，為解決微器件領(lǐng)域中的微納摩 擦學(xué)、粘著等問題提供一種工藝簡便、并能夠有效降低基底表面摩擦系數(shù)的減摩擦防粘著 納米有機薄膜的制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于微器件的減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法，其特征在于以微/ 納機電系統(tǒng)(MEMS/NEMS)中使用的鋁、銅、鎂及其合金作為基底材料，采用三電極方式的恒 電流、循環(huán)伏安、恒電位有機鍍膜技術(shù)制備納米有機薄膜，具體包括以下步驟及工藝條件(1)配制鍍膜電解質(zhì)溶液選取水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽0. 1 lOmmol/1、堿性支持電解鹽0. 01 lOmol/Ι，配制成鍍膜用電解質(zhì)溶液；(2)鍍膜處理將經(jīng)丙酮超聲清洗后的基底材料，直接以三電極方式放入上述電解質(zhì)溶液中進行 鍍膜，鍍膜采用恒電流法、循環(huán)伏安法或恒電位法；所述恒電流法鍍膜，其工藝條件為電流密度為0. 05 lOmA/cm2，鍍膜時間為5 90min，鍍膜溫度為20 30°C ；所述循環(huán)伏安法鍍膜，其工藝條件為循環(huán)掃描速率為1 50mV/s，循環(huán)次數(shù)為3 15次，鍍膜溫度為5 30°C ；所述恒電位法鍍膜，其工藝條件為電壓0.5 1.2V vs SCE，鍍膜時間為5 60min，鍍膜溫度為5 20°C。所述電解質(zhì)溶液使用的水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽的單體，其具體結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
基于微器件的減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法，其特征在于以微/納機電系統(tǒng)中使用的鋁、銅、鎂及其合金作為基底材料，采用三電極方式的恒電流、循環(huán)伏安、恒電位有機鍍膜技術(shù)制備納米有機薄膜，具體包括以下步驟及工藝條件(1)配制鍍膜電解質(zhì)溶液選取水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽0.1～10mmol/l、堿性支持電解鹽0.01～10mol/l，配制成鍍膜用電解質(zhì)溶液；(2)鍍膜處理將經(jīng)丙酮超聲清洗后的基底材料，直接以三電極方式放入上述電解質(zhì)溶液中進行鍍膜，鍍膜采用恒電流法、循環(huán)伏安法或恒電位法；所述恒電流法鍍膜，其工藝條件為電流密度為0.05～10mA/cm2，鍍膜時間為5～90min，鍍膜溫度為20～30℃；所述循環(huán)伏安法鍍膜，其工藝條件為循環(huán)掃描速率為1～50mV/s，循環(huán)次數(shù)為3～15次，鍍膜溫度為5～30℃；所述恒電位法鍍膜，其工藝條件為電壓0.5～1.2V vs SCE，鍍膜時間為5～60min，鍍膜溫度為5～20℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微器件的減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法，其 特征在于所述電解質(zhì)溶液使用的水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽的單體，其具體結(jié)構(gòu)如 下結(jié)構(gòu)中的R1為下列功能基團之一
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微器件的減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法，其特 征在于所述堿性支持電解鹽是指碳酸氫鈉、氫氧化鉀、亞硝酸鈉或硼酸鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于微器件的減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法，其特征在于不同的基底材料選擇不同的水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽與堿性支持電解鹽相匹配，相應(yīng)的匹配關(guān)系如下(1)當金屬襯底材料為鋁及其合金時，選用的水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽單體結(jié) 構(gòu)中，R1為H-、R2為烯基類，堿性支持電解鹽為硼酸鈉氓為烯基類、R2為烯基類，堿性支持 電解鹽為亞硝酸鈉；(2)當金屬襯底材料為銅及其合金時，選用的水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽單體結(jié) 構(gòu)中，R1為烯基類、R2為烷基類，堿性支持電解鹽為碳酸氫鈉氓為烯基類、R2為芳基類，堿 性支持電解鹽為氫氧化鉀或硼酸鈉；(3)當金屬襯底材料為鎂及其合金時，選用的水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽單體結(jié) 構(gòu)中，Rl為烷基類、R2為芳基類，堿性支持電解鹽為氫氧化鉀；Rl為烷基類、R2為H-，堿性 支持電解鹽為碳酸氫鈉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微器件的減摩擦防粘著納米有機薄膜的制備方法。該方法以微/納機電系統(tǒng)中使用的鋁、銅、鎂及其合金作為基底材料，不同的基底材料選擇不同的水溶性三氮雜嗪類有機化合物鹽與堿性支持電解鹽相匹配，并采用三電極方式的恒電流、循環(huán)伏安、恒電位有機鍍膜技術(shù)制備具有疏水、減摩擦、防粘著的納米有機薄膜。本發(fā)明制備的納米有機薄膜與蒸餾水的靜態(tài)接觸角可達110°以上，摩擦系數(shù)可降低到0.05以下，最大粘附力可降低到103mN，有效降低了摩擦系數(shù)和粘附力，并薄膜厚度可控；本發(fā)明工藝簡便、周期短、成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)?？蓮V泛適用于微/納機電系統(tǒng)中微器件的減摩擦、防粘著，改善其摩擦學(xué)特性。
文檔編號B81C1/00GK101935857SQ20101027055
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者劉應(yīng)輝, 康志新, 方剛, 李元元, 賴曉明, 邵明 申請人:華南理工大學(xué)