无模板制备大比表面积铜颗粒膜复合材料的方法技术

无模板制备大比表面积铜颗粒膜复合材料的方法，在玻璃基体表面制备铜-铬合金膜，并使基体保持在某一温度以使铜原子在合金膜表面生长为铜颗粒即制得产品。本发明专利技术采用磁控溅射双靶共沉积制备铜合金薄膜及基体原位加热技术，实现了无需模板制备出大比表面积纳米铜薄膜/铜颗粒复合结构材料，较之纯铜薄膜比表面积可增大20%以上，该复合结构材料中的铜薄膜厚度、铜颗粒尺度在微纳尺度范围内均可以调控，无需采用模板，成本低，绿色环保，易于在基体上无需模板制备出大面积、高性能纳米铜颗粒膜复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到微、纳米尺度材料的制备领域，具体的说是一种。
技术介绍
随着微纳米科学技术的发展，微米及纳米薄膜、颗粒的优异性能和广阔应用前景逐渐被研宄者认知并引起世界各国材料学家、物理学家和化学家的极大兴趣。当尺寸达到纳米级时，颗粒将呈现明显的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在催化、滤光、光吸收、医学、磁介质及新材料等领域具有广阔应用前景。近年来根据性能需要设计新的纳米材料体系，特别是纳米复合体系的设计和研宄，己成为当前纳米科学技术和凝聚态物理研宄的前沿和热点，这方面的研宄更强调按人们的意愿设计新的体系、获得所希望的特性，因此，纳米复合体系越来越受到人们的关注，其中纳米复合颗粒膜就是一类具有广阔应用前景的纳米复合材料，由于纳米粒子的性能、工艺条件等参量的变化都对纳米复合薄膜的性能有着显著的影响，因此，可以在较多的条件下实现对其功能特性的调控。铜薄膜、钛薄膜都具有良好的抗菌、催化性能，如果将纳米铜薄膜、铜颗粒与钛薄膜组合到一起将会展现出更好的抗菌、催化特性。将两种或两种以上的材料进行表面包覆处理后，可以产生新的功能，例如对超细颗粒表面经行改性，即利用物理或化学的方法改变颗粒表面的结构和组成将极大的拓展超细颗粒的应用空间在微电子、传感、催化、光电显示、生物医药等领域有广阔的应用前景。由于良好的综合性能及成本优势，纯铜(Cu)及其合金材料日益受到人们的重视，作为重要的工业原料已经广泛应用于微电子器件、互连导线、导电胶、导电涂料、润滑和电极材料等工业领域。Cu的氧化物主要有氧化铜和氧化亚铜，它们作为典型的半导体材料，在催化、气敏、太阳能电池等方面也有广泛应用。由于具有广阔的应用前景，高效率、低成本的微纳米尺度Cu薄膜、铜颗粒及其复合材料制备技术成为本领域的研宄热点之一。目前铜薄膜的制备方法主要有磁控溅射法、蒸镀法、电镀、化学镀、溶胶凝胶、电沉积等方法。目前亚微及纳米尺度Cu颗粒的制备方法主要包括:水热法、还原铜盐法、晶种法、紫外光照射、电化学合成、气相沉积、软硬模板法、反相胶束法。研宄人员通过这些方法能够制备出不同尺度的Cu颗粒。也有人采用水热还原法制备了 Cu颗粒，此方法所涉及的制备步骤和工艺参数较多，实验周期较长，所制备的铜颗粒团簇较易聚集。此外，通过传统的溅射方法也可以制备纯Cu颗粒，但是制备的纯Cu颗粒尺寸受限制，一旦颗粒尺度超过十几纳米，就会出现颗粒相互连接形成薄膜的现象。基于当前的研宄现状可以看出，虽然人们在实验室内可以通过多种方法制备出亚微及纳米尺度的铜薄膜和铜颗粒，但是所制备的铜颗粒基本都是自由态的单分散颗粒或者许多颗粒团聚在一起，很难将这些颗粒固定在基体或者薄膜表面。尽管通过模板法可以在基体或者薄膜表面生长纯铜颗粒，但是这种方法技术复杂，而且在去除模板的过程中容易对Cu颗粒造成污染，因而也不适合产业化发展需求。综上所述，可以看出现有技术方法很难在薄膜表面生长与薄膜结合良好的Cu颗粒，也就是说很难制备出铜薄膜/铜颗粒复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术为实现上述技术目的采用的技术方案为:，在玻璃基体表面制备铜-铬合金膜，并使基体保持一定温度以使铜原子在合金膜表面生长为铜颗粒即制得产品。所述在玻璃基体表面制备铜-铬合金膜的步骤如下: 1)将玻璃基体清洗干净后置于磁控溅射镀膜机基片台上； 2)在镀膜机的靶位上分别放置好Cu靶和Cr靶，然后关闭真空室、开启机械泵和分子泵对真空室抽真空，使真空度达到0.0001-0.0005Pa,而后再对基片台进行加热，加热温度200 °C ?330。。； 3)向真空室通入高纯氩气使真空室内的气压为0.2-0.8Pa，然后同时接通Cu靶和Cr靶的电源在玻璃基体上共溅射沉积Cu-Cr合金薄膜； 4)Cu-Cr合金薄膜沉积完成后，继续保温30-100min，以使Cu-Cr合金薄膜中的Cu原子在薄膜表面析出、形核、生长成为不同尺度的Cu颗粒。所述Cu-Cr合金薄膜中Cu的含量为2_30at%，厚度为5-lOOnm。本专利技术的技术方案如下:首先将玻璃基体固定到磁控溅射镀膜机基片台上，然后对基片台进行加热(加热温度200°C?350°C)，最后通过磁控溅射双靶共沉积技术在玻璃(PD基体上沉积不同成分、不同厚度的Cu-Cr合金膜，保温一定时间(30-100分钟)，就可以在玻璃基体表面一步制备出铜薄膜/铜颗粒复合结构。具体技术方案如下: (1)、玻璃基体清洗 将玻璃基体置入装有无水乙醇的烧杯中，将该烧杯放入超声波清洗机中超声清洗10-30分钟，然后再将清洗后的玻璃放入装有去离子水的烧杯中超声清洗5-15分钟，将清洗好的玻璃基体用氮气吹干，然后将玻璃基体固定到磁控溅射镀膜机基片台上； (2)、靶材准备及镀膜机基片台加热 镀膜采用JCP-350直流磁控溅射镀膜机，在镀膜机的靶位上分别放置好纯度99.99at%的Cu靶和纯度99.99at%的Cr靶。将靶材和玻璃基体放置好以后将镀膜机的真空室关闭，并开启机械泵、分子泵对真空室抽真空，使真空度达到0.0001-0.0005Pa，然后对基片台进行加热，加热温度200°C?330°C，加热到达所需温度后开始镀膜； (3)、一步制备出铜薄膜/铜颗粒复合结构 当基片台加热到预定温度稳定后开始镀膜。镀膜采用的是三靶位JCP-350磁控溅射镀膜机。镀膜所用靶材为纯度99.99at%的Cu靶和纯度99.99at%的Cr靶。当真空室真空度达到0.0001-0.0005Pa后，向真空室通入高纯氩气使真空室内的气压达到0.2-0.8Pa之间。然后同时接通Cu靶和Cr靶的电源开始共溅射在玻璃基体上沉积Cu-Cr合金薄膜，合金薄膜中Cr的含量通过控制Cr靶的溅射功率调控。Cu靶和Cr的溅射功率依据所需要的生长速率及薄膜成分调整溅射功率。通过调整工艺参数，可制备Cu-2?30at.% Cr合金膜，薄膜厚度在5-100nm。薄膜沉积完毕后基片台继续保温30-100分钟。由于薄膜在沉积过程中基片台具有一定温度，相当于对薄膜进行了原位退火，促使合金膜中的Cu原子在表面析出、形核、生长成为不同尺度的Cu颗粒，从而通过一步法制备出了铜薄膜/铜颗粒复合结构； 有益效果:本专利技术采用磁控溅射双靶共沉积制备铜合金薄膜及基体原位加热技术，实现了无需模板制备出大比表面积纳米铜薄膜/铜颗粒复合结构材料，较之纯铜膜比表面积可增大20%以上。合金膜中的Cr元素能够抑制Cu原子向玻璃基体扩散，玻璃基体能够抑制薄膜残余应力释放，促使Cu原子向表面扩散形成Cu颗粒成为应力释放的途径。这种方法制备的复合结构材料中的铜薄膜厚度、铜颗粒尺度在微纳尺度范围内均可以调控。本专利技术方法简单，操作方便，无需采用模板，成本低，绿色环保，易当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
无模板制备大比表面积铜颗粒膜复合材料的方法，其特征在于：在玻璃基体表面制备铜‑铬合金膜，并保持该温度以使铜原子生长为铜颗粒即制得产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩亮，何孟杰，宋忠孝，游龙，陈艳芳，逯峙，李锋军，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41