權(quán)利要求

1.親水非晶碳膜，其特征在于，所述親水非晶碳膜為含硅的類金剛石碳薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水非晶碳膜，其特征在于：所述所述薄膜中的硅含量范圍為1.0at.％至2.5at.％。 

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水非晶碳膜，其特征在于：所述薄膜表面粗糙度為10nm至20nm。 

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水非晶碳膜，其特征在于：所述薄膜表面Si-O鍵占比范圍為30％至60％。 

5.親水非晶碳膜的制備方法，其特征在于：所述親水非晶碳膜的制備方法包括以下步驟： (1)薄膜的形成：使用基板將硅原子摻入類金剛石薄膜中，形成摻硅類金剛石薄膜備用； (2)活化處理：采用等離子體或離子束對(duì)在上述薄膜表面進(jìn)行活化激活處理，產(chǎn)生存在于膜表面的碳原子和硅原子的化學(xué)鍵。 

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的親水非晶碳膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中形成摻硅類金剛石薄膜的原料為苯氣體和硅烷混合。 

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的親水非晶碳膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中摻硅類金剛石薄膜的制備方法為等離子體化學(xué)氣相沉積、等離子體合成、濺射合成、自濾波電弧合成或離子束沉積中的任意一種或其任何組合。 

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的親水非晶碳膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中采用等離子體處理時(shí)腔室內(nèi)的壓力范圍為0.1Pa至10Pa，偏置電壓范圍為-100V至-800V。 9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種親水非晶碳膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中采用離子束激活薄膜表面的時(shí)，腔室內(nèi)的壓力為10 -7Pa-10Pa，電壓為100V-50kV。 10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種親水非晶碳膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中采用的等離子體、離子束分別為等離子氧和氧的離子束。

親水非晶碳膜及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬涂層材料制備技術(shù)，具體涉及親水非晶碳膜及其制備方法。

背景技術(shù)

由于類金剛石(DLC)薄膜具有高硬度、潤滑性、電阻和良好的耐磨性，表面光滑，并且可以在低溫下合成，因此它是一種用于各種工業(yè)領(lǐng)域的涂層材料。此外，DLC薄膜具有其表面的優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的生物相容性和對(duì)血液的相容性，當(dāng)其在體內(nèi)與細(xì)胞等接觸時(shí)不會(huì)引起副作用。

因此，已嘗試將其用作生物涂層，例如用于活體的插入或替換材料的表面層，這就要求涂層具有較好的親水性能，才能防止(血液等)液體在表面附著從而防止血栓的產(chǎn)生。

目前，類金剛石薄膜的親水性能較差，接觸角大都在60°左右，很難滿足第三類醫(yī)療器械的親水性要求。

有人用等離子體氧或者氮，對(duì)非晶碳膜進(jìn)行活化處理，碳膜表面的親水性得到改善，但其持續(xù)時(shí)間不長，24h后會(huì)恢復(fù)原有親水性，這種方法對(duì)于涂層的應(yīng)用帶來很大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種親水非晶碳膜及其制備方法，通過在非晶碳膜中摻雜硅原子，然后通過等離子氧或氧的離子束對(duì)薄膜進(jìn)行活化。硅的摻雜提高了非晶碳膜的耐腐蝕性能，而氧原子活化使非晶碳膜形成永久親水性，使涂層可應(yīng)用于三類醫(yī)療器械表面親水改性。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種親水非晶碳膜，所述親水非晶碳膜為含硅的類金剛石碳薄膜，其含有存在于薄膜表面上的碳原子和硅原子的化學(xué)鍵，且所述薄膜內(nèi)部和表面含有硅原子，該原子向所述薄膜表面提供親水性。

優(yōu)選的，所述所述薄膜中的硅含量范圍為1.0at.％至2.5at.％，如果硅含量過小，非晶碳膜的耐腐蝕性能較低，表面的親水性容易消失，而如果硅含量超過17at.％，薄膜中SiC團(tuán)簇的尺寸過大，則導(dǎo)致力學(xué)和化學(xué)特性惡化。

優(yōu)選的，所述薄膜表面粗糙度為10nm至20nm。

優(yōu)選的，所述薄膜表面Si-O鍵占比范圍為30％至60％。

所述親水非晶碳膜的制備方法包括以下步驟：

(1)薄膜的形成：使用基板將硅原子摻入類金剛石薄膜中，形成摻硅類金剛石薄膜備用；

(2)活化處理：采用等離子體或離子束對(duì)在上述薄膜表面進(jìn)行活化激活處理，產(chǎn)生存在于膜表面的碳原子和硅原子的化學(xué)鍵。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中形成摻硅類金剛石薄膜的原料為苯氣體和硅烷混合。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中摻硅類金剛石薄膜的制備方法為等離子體化學(xué)氣相沉積、等離子體合成、濺射合成、自濾波電弧合成或離子束沉積中的任意一種或其任何組合。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中采用等離子體處理時(shí)腔室內(nèi)的壓力范圍為0.1Pa至10Pa，偏置電壓范圍為-100V至-800V。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中采用離子束激活薄膜表面的時(shí)，腔室內(nèi)的壓力為10 -7Pa-10Pa，電壓為100V-50kV。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中采用的等離子體、離子束分別為等離子氧和氧的離子束。

本發(fā)明提供一種親水非晶碳膜及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明使用具有優(yōu)異耐腐蝕性的摻硅DLC薄膜代替純DLC薄膜，摻硅DLC薄膜包含大小為幾到幾十納米的團(tuán)簇形式的硅原子，這些團(tuán)簇分布在DLC薄膜內(nèi)部和表面上，與DLC薄膜相比，可以減少DLC薄膜特有的應(yīng)變，提高耐久性和生物相容性，通過含有氧氣的等離子體或離子束激發(fā)薄膜表面形成Si-O鍵，氧原子提供涂層的親水性能，使得薄膜表面的接觸角范圍在0.5～20°，達(dá)到良好的親水性。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明不同實(shí)施例和對(duì)比例樣品對(duì)水接觸角照片。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

摻硅非晶碳膜制備：

(1)使用超聲波清洗劑，清洗載玻片基板20分鐘，然后將其安裝在真空反應(yīng)室內(nèi)的電極上，并用水冷卻；

(2)使用真空泵將反應(yīng)室內(nèi)部保持在10 -5托的真空中，將氬氣引入反應(yīng)室，然后用等離子體對(duì)基板進(jìn)行干洗，等離子體是通過向電極施加-400V的無線電波功率產(chǎn)生；

(3)將苯(C 6H 6)氣體和硅烷(SiH 4)以20∶1的氣體流量比引入腔室內(nèi)部，使待形成薄膜中的Si含量為1.2at％，然后施加無線電波功率以形成摻Si非晶碳薄膜。

(4)摻硅薄膜的表面活化：將上述的摻Si非晶薄膜放入反應(yīng)器中，然后用氧離子體處理其表面10分鐘，其中等離子體處理中的偏壓為-100V，壓力為10Pa，得到活化后的摻硅非晶碳膜。

實(shí)施例2：

摻硅非晶碳膜制備：

(1)使用超聲波清洗劑，清洗載玻片基板20分鐘，然后將其安裝在真空反應(yīng)室內(nèi)的電極上，并用水冷卻；

(2)使用真空泵將反應(yīng)室內(nèi)部保持在10 -5托的真空中，將氬氣引入反應(yīng)室，然后用等離子體對(duì)基板進(jìn)行干洗，等離子體是通過向電極施加-400V的無線電波功率產(chǎn)生；

(3)將苯(C 6H 6)氣體和硅烷(SiH 4)以5∶1的氣體流量比引入腔室內(nèi)部，使待形成薄膜中的Si含量為17at％，然后施加無線電波功率以形成摻Si非晶碳薄膜。

(4)摻硅薄膜的表面活化：將上述的摻Si非晶薄膜放入反應(yīng)器中，然后用氧離子體處理其表面10分鐘，其中等離子體處理中的偏壓為-800V，壓力為1.33Pa，得到活化后的摻硅非晶碳膜。

對(duì)比例：

非晶碳膜制備：

(1)使用超聲波清洗劑，清洗載玻片基板20分鐘，然后將其安裝在真空反應(yīng)室內(nèi)的電極上，并用水冷卻；

(2)使用真空泵將反應(yīng)室內(nèi)部保持在10 -5托的真空中，將氬氣引入反應(yīng)室，然后用等離子體對(duì)基板進(jìn)行干洗，等離子體是通過向電極施加-400V的無線電波功率產(chǎn)生；

(3)將苯(C 6H 6)氣體引入腔室內(nèi)部，沉積形成純非晶碳膜；

(4)非晶碳薄膜的表面活化：將上述的非晶薄膜放入反應(yīng)器中，然后用氧離子體處理其表面10分鐘，其中等離子體處理中的偏壓為-800V，壓力為1.33Pa，得到成品非晶碳膜。

檢測：

對(duì)上述實(shí)施例1-2和對(duì)比例所得到的薄膜通過接觸角測試儀分別在1h和48h后進(jìn)行接觸角測試，結(jié)果如圖1所示，可以看出，經(jīng)過氧原子活化1h后，摻雜硅的非晶碳膜(圖1A)和純非晶碳膜(圖1C)對(duì)水的接觸角分別是4°、7°，活化48h后，摻雜硅的非晶碳膜(圖1B)接觸角為6.6°，而未摻雜非晶碳膜則恢復(fù)到64°，即本申請(qǐng)所制得的含硅的類金剛石碳薄膜具有長效的親水性能。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。

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