一種在微生物表面磁控濺射金屬鍍膜的方法
【專利摘要】一種在微生物表面磁控濺射金屬鍍膜的方法，步驟：1）在基片表面鋪鋁箔紙；2）在鋁箔紙上涂紫外正性光刻膠；3）在該膠表面鋪微生物模板顆粒；4）烘烤使膠固化；5）檢查磁控濺射儀是否正常；6）開真空室，將基片裝在樣品臺上；7）-15）關真空室，開機械泵、分子泵、流量計、加熱器、旋轉器、濺射電源，濺射鍍膜。鍍膜后，關濺射電源、流量計、分子泵、機械泵，開充氣閥、真空室,取出基片；16）顆粒單面鍍膜結束；17）在基片表面涂負性光刻膠；18）剝下鋁箔紙，反轉、脫模；19）用紫外光照射基片；20）用正性顯影液去除正性光刻膠；21）重復6）-15）；22）顆粒雙面鍍膜結束；23）用負性顯影液去除負性光刻膠；24）將顆粒置于無水乙醇分離。
【專利說明】一種在微生物表面磁控濺射金屬鍍膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種在微生物表面磁控濺射金屬鍍膜的方法，它是一種涉及在異形微顆粒表面磁控濺射金屬鍍膜的方法，更特別地說，是指一種以具有標準幾何外形的微生物為模板，利用光刻膠特性在其表面磁控濺射包覆金屬鍍膜的方法。
【背景技術】
[0002]自然界的微生物經歷幾十億年的進化過程，其自身的形體和結構都得到了極大優化，為人類提供了豐富的構形資源，而且微生物取材方便、成本低廉。直接以具有特殊形體結構的微生物體為模板，采用薄膜沉積技術在其表面沉積包覆功能材質，可以獲得具有特定功能的生物型微粒。
[0003]近年來，國內外已經通過化學鍍、溶膠-凝膠、電鍍等薄膜沉積工藝在微生物表面鍍覆了多種功能材質。化學鍍工藝流程復雜，不易操作，鍍膜附著力弱，且容易污染環境。溶膠-凝膠所需的部分原料有害，且只能得到金屬氧化薄膜。而電鍍則需要在微顆粒表面預鍍一層導電薄膜。
[0004]磁控濺射鍍膜方法具有可鍍材質種類多、濺射率高、基片溫升低、薄膜均勻致密、附著力強等諸多優點，并且其鍍膜材質基本與本征特性相當。磁控濺射屬于干法薄膜沉積技術，現有設備不適合微粒表面薄膜包覆。目前，關于微顆粒表面磁控濺射金屬鍍膜方面的研究主要集中在對常規濺射設備進行設計、改裝，這種方式一般會增加濺射設備的復雜性，并且不適用于異形微顆粒表面濺射包覆。
[0005]如果能在不改變現有磁控濺射裝置內部結構的情況下，實現異形微生物顆粒表面磁控濺射金屬薄膜包覆，可以大大拓展磁控濺射技術的應用范疇。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種在微生物表面磁控濺射金屬鍍膜的方法。它根據微生物的形體特性，提出了一種基于光刻膠特性的微顆粒磁控濺射方法，這種方法能夠在不改變現有磁控濺射設備結構的情況下，在異形微生物顆粒表面形成一層均勻、連續的金屬鍍膜，并且可良好的保持微生物的原始形體及復雜亞結構。
[0007]本發明一種在微生物表面磁控派射金屬鍍膜的方法，它是一種以微生物為模板，利用光刻膠特性在其表面磁控濺射包覆金屬鍍膜來制備生物型微粒的方法。該方法包括以下步驟:
[0008](1)在樣品基片(簡稱基片，該基片是由純鋁制作的厚5mm直徑180mm的圓板)表
面平鋪一層鋁箔紙；
[0009](2)在鋁箔紙上旋涂一層紫外正性光刻膠，該層紫外正性光刻膠的厚度為0.5~20 μ m ；
[0010](3)在紫外正性光刻膠表面鋪設一層微生物模板顆粒；
[0011](4)將基片放置在烘烤臺上使紫外正性光刻膠固化，烘烤溫度為100~120°C，烘烤時間為0.5~5min ；
[0012](5)使用常規磁控濺射儀，并檢查整個裝置是否運行正常，以下(6) - (15)步驟均是用磁控濺射儀進行操作；
[0013](6)打開真空室，將鋪有微生物模板顆粒的基片安裝在樣品臺上；
[0014](7)關閉真空室，開啟機械泵，抽真空至4~IOPa;
[0015](8 )開啟分子泵，抽真空至3 X KT4Pa~5 X KT3Pa ；
[0016](9)開啟流量計，向真空室內沖入惰性氣體(使用但不僅限于氬氣)至0.5~IOPa ；
[0017](10)開啟樣品臺加熱器，設置加熱溫度為20~300°C ；
[0018](11)開啟樣品臺旋轉器，設置旋轉速度為5~25r/min ；
[0019](12)開啟磁控濺射電源，調節功率至50~500W，開始濺射鍍膜；
[0020](13)鍍膜時間范圍為5~120min，時間結束后關閉磁控濺射電源；
[0021](14)按順序依次關閉流量計、分子泵、機械泵；
[0022](15)開啟充氣閥，待真空室內壓力與大氣壓力平衡后，打開真空室，取出基片；
[0023]( 16)基片 上微生物模板顆粒單面鍍膜結束；
[0024]( 17)在基片表面旋涂一層紫外負性光刻膠，該層紫外負性光刻膠的厚度為0.5~20 μ m ；
[0025]( 18)將鋁箔紙從基板上剝離下，并反轉、脫模，使紫外正性光刻膠處于表面；
[0026](19)將基片放置于紫外光下照射5~30min ；
[0027](20)使用正性顯影液溶解去除紫外正性光刻膠，使微生物模板顆粒未鍍膜部分裸露出來；
[0028](21)重復步驟(6)~(15);
[0029](22)基片上微生物模板顆粒雙面鍍膜結束；
[0030](23)使用負性顯影液溶解去除紫外負性光刻膠；
[0031](24)將鍍膜后的微生物模板顆粒放置于無水乙醇中進行攪拌分離，得到生物型鍍膜微粒。
[0032]其中，在步驟(3)中所述的“微生物模板顆粒”沒有特別限定，它可以是有機生物模板，如螺旋藻、小球藻、小環藻等微生物活性細胞體，也可以是無機生物模板，如圓篩藻、直鏈藻等微生物遺骸變質體；微生物模板顆粒的尺寸在0.5~500 μ m。
[0033]其中，在步驟(5)中所述的“磁控濺射儀”，其所用靶材的直徑為80mm，厚度為3~6mm，純度為99.99%，材質沒有特別限定，可以是銀、銅、鋁等導電金屬，也可以是鎳、鈷等磁性金屬。
[0034]本發明的工作原理:本發明利用光刻膠的特性實現微生物模板顆粒表面磁控濺射金屬薄膜包覆。正性光刻膠經紫外光照射后可以用正性顯影液溶解去除；而負性光刻膠經紫外光照射后固化且不能被正性顯影液溶液去除，但可使用負性顯影液溶解去除。SEM、EDS和XRD等測試表明:通過基于光刻膠特性的磁控濺射方法，調節各種濺射工藝參數，可在微生物模板顆粒表面形成一層均勻、連續、致密的金屬薄膜，且表面粗糙度低、顆粒粘附物少。
[0035]本發明是以微生物顆粒為模板，利用光刻膠特性在其表面磁控濺射包覆金屬薄膜來制備生物型功能微粒，其優點在于:
[0036]1、本發明以微生物為模板，取材方便，形狀多樣，亞結構復雜，如球形、桿形、片形、螺旋形、多孔等。
[0037]2、本發明可在不改變現有磁控濺射儀內部結構的情況下，實現微生物模板顆粒表
面金屬包覆。
[0038]3、本發明可實現微生物模板顆粒表面多種金屬材質包覆，且材質的厚度可調節，進而實現生物型功能顆粒的特性可控。
[0039]4、本發明制得的生物型功能微粒表面鍍膜均勻、連續、致密，比重小，表面粗糙度低,并且微生物形體保持良好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1是以圓篩藻為模板示例的磁控濺射金屬鍍膜的操作流程圖。
[0041]圖2是以螺旋藻為模板的磁控濺射包覆銀膜的生物型功能微粒的EDS圖譜。
[0042]圖3是以直鏈藻為模板的磁控濺射包覆鋁膜的生物型功能微粒的EDS圖譜。
[0043]圖4是以圓篩藻為模板的磁控濺射包覆鋁膜的生物型功能微粒的EDS圖譜。
【具體實施方式】
[0044]本發明所述方法見圖1所示
[0045]實施例1:以螺旋藻為模板的磁控濺射包覆銀膜的生物型功能微粒
[0046]本實例采用螺旋藻為模板。該微生物呈藍綠色，具有規則的螺旋結構，一般螺旋寬26~36 μ m,螺距43~57 μ m,螺數4~7，最多可達20左右。
[0047]以螺旋藻為模板，利用光刻膠特性在其表面磁控濺射包覆金屬銀膜來制備生物型功能微粒。具體步驟如下:
[0048](1)在樣品基片(簡稱基片，該基片是純鋁制作的厚5_直徑180_的圓板)表面
平鋪一層鋁箔紙；
[0049](2)在鋁箔紙上旋涂一層紫外正性光刻膠，厚度為2 μ m ;
[0050](3)在正性光刻膠表面鋪設一層微生物模板顆粒；
[0051](4)將基片放置在烘烤臺上使正性光刻膠固化，烘烤溫度為120°C，烘烤時間為Imin0
[0052](5)使用常規磁控濺射儀，并檢查整個裝置是否運行正常，以下(6) - (15)步驟均是對磁控濺射儀的操作；
[0053](6)打開真空室，將鋪有微生物模板顆粒的基片安裝在樣品臺上；
[0054](7)關閉真空室，開啟機械泵，抽真空至SPa ；
[0055](8)開啟分子泵，抽真空至3X10_3Pa ;
[0056](9)開啟流量計，向真空室內沖入氬氣至SPa ；
[0057](10)開啟樣品臺加熱器，設置加熱溫度為20°C ；
[0058](11)開啟樣品臺旋轉器，設置旋轉速度為15r/min ；
[0059](12)開啟磁控濺射電源，調節功率至60W，開始濺射鍍膜；
[0060](13)鍍膜時間范圍為30min，時間結束后關閉磁控濺射電源；
[0061](14)按順序依次關閉流量計、分子泵、機械泵；
[0062](15)開啟充氣閥，待真空室內壓力與大氣壓力平衡后，打開真空室，取出基片；[0063]( 16)基片上微生物模板顆粒單面鍍膜結束；
[0064](17)在基片表面旋涂一層紫外負性光刻膠，厚度為2 μ m ;
[0065]( 18)將鋁箔紙從基板上剝離下，并反轉、脫模，使紫外正性光刻膠處于表面；
[0066](19)將基片放置于紫外光下照射5min ；
[0067](20)使用正性顯影液溶解去除正性光刻膠，使微生物模板顆粒未鍍膜部分裸露出來；
[0068](21)重復步驟(6)~(15);
[0069](22)基片上微生物模板顆粒雙面鍍膜結束；
[0070](23)使用負性顯影液溶解去除負性光刻膠；
[0071](24)將鍍膜后的微生物模板顆粒放置于無水乙醇中進行攪拌分離，得到生物型鍍銀膜微粒。
[0072]圖2是以螺旋藻為模板的磁控濺射包覆銀膜的生物型功能微粒的EDS圖譜。[0073]實施例2:以直鏈藻為模板的磁控濺射包覆鋁膜的生物型功能微粒
[0074]本實例采用直鏈藻為成形模板。直鏈藻呈圓筒形，直徑為10~20 μ m,筒長為30~50 μ m，壁厚為2~5μπι。
[0075]以直鏈藻為模板，利用光刻膠特性在其表面磁控濺射包覆金屬鋁膜來制備生物型功能微粒。具體步驟如下:
[0076](I)在樣品基片(簡稱基片，該基片是純鋁制作的厚5_直徑180_的圓板)表面
平鋪一層鋁箔紙；
[0077](2)在鋁箔紙上旋涂一層紫外正性光刻膠，厚度為5 μ m ;
[0078](3)在正性光刻膠表面鋪設一層微生物模板顆粒；
[0079](4)將基片放置在烘烤臺上使正性光刻膠固化，烘烤溫度為110°C，烘烤時間為2min。
[0080](5)使用常規磁控濺射儀，并檢查整個裝置是否運行正常，以下(6) - (15)步驟均是對磁控濺射儀的操作；
[0081](6)打開真空室，將鋪有微生物模板顆粒的基片安裝在樣品臺上；
[0082](7)關閉真空室，開啟機械泵，抽真空至SPa ；
[0083](8)開啟分子泵，抽真空至3X10_3Pa ;
[0084](9)開啟流量計，向真空室內沖入氬氣至SPa ；
[0085](10)開啟樣品臺加熱器，設置加熱溫度為20°C ；
[0086](11)開啟樣品臺旋轉器，設置旋轉速度為15r/min ；
[0087](12)開啟磁控濺射電源，調節功率至120W，開始濺射鍍膜；
[0088](13)鍍膜時間范圍為30min，時間結束后關閉磁控濺射電源；
[0089](14)按順序依次關閉流量計、分子泵、機械泵；
[0090](15)開啟充氣閥，待真空室內壓力與大氣壓力平衡后，打開真空室，取出基片；
[0091](16)基片上微生物模板顆粒單面鍍膜結束；
[0092](17)在基片表面旋涂一層紫外負性光刻膠，厚度為5 μ m ;
[0093]( 18)將鋁箔紙從基板上剝離下，并反轉、脫模，使紫外正性光刻膠處于表面；
[0094](19)將基片放置于紫外光下照射IOmin ；[0095](20)使用正性顯影液溶解去除正性光刻膠，使微生物模板顆粒未鍍膜部分裸露出來；
[0096](21)重復步驟(6)~(15);
[0097](22)基片上微生物模板顆粒雙面鍍膜結束；
[0098](23)使用負性顯影液溶解去除負性光刻膠；
[0099](24)將鍍膜后的微生物模板顆粒放置于無水乙醇中進行攪拌分離，得到生物型鍍鋁膜微粒。
[0100]圖3是以直鏈藻為模板的磁控濺射包覆鋁膜的生物型功能微粒的EDS圖譜。
[0101]實施例3:以硅藻為模板的磁控濺射包覆鋁膜的生物型功能微粒
[0102]本實例采用圓篩藻為成形模板。圓篩藻呈圓片形，直徑30~50 μ m,厚度2~5 μ m0
[0103]以圓篩藻為模板，利用光刻膠特性在其表面磁控濺射包覆金屬鋁膜來制備生物型功能微粒。具體步驟如下:
[0104](I)在樣品 基片(簡稱基片，該基片是純鋁制作的厚5_直徑180_的圓板)表面
平鋪一層鋁箔紙；
[0105](2)在鋁箔紙上旋涂一層紫外正性光刻膠，厚度為5μπι ;
[0106](3)在正性光刻膠表面鋪設一層微生物模板顆粒；
[0107](4)將基片放置在烘烤臺上使正性光刻膠固化，烘烤溫度為100°C，烘烤時間為2min。
[0108](5)使用常規磁控濺射儀，并檢查整個裝置是否運行正常，以下(6) - (15)步驟均是對磁控濺射儀的操作；
[0109](6)打開真空室，將鋪有微生物模板顆粒的基片安裝在樣品臺上；
[0110](7 )關閉真空室，開啟機械泵，抽真空至SPa ;
[0111](8)開啟分子泵，抽真空至3X10_3Pa ;
[0112](9)開啟流量計，向真空室內沖入氬氣至SPa ；
[0113](10)開啟樣品臺加熱器，設置加熱溫度為20°C ；
[0114](11)開啟樣品臺旋轉器，設置旋轉速度為20r/min ；
[0115](12)開啟磁控濺射電源，調節功率至100W，開始濺射鍍膜；
[0116](13)鍍膜時間范圍為45min，時間結束后關閉磁控濺射電源；
[0117](14)按順序依次關閉流量計、分子泵、機械泵；
[0118](15)開啟充氣閥，待真空室內壓力與大氣壓力平衡后，打開真空室，取出基片；
[0119](16)基片上微生物模板顆粒單面鍍膜結束；
[0120](17)在基片表面旋涂一層紫外負性光刻膠，厚度為5μπι ;
[0121](18)將鋁箔紙從基板上剝離下，并反轉、脫模，使紫外正性光刻膠處于表面；
[0122](19)將基片放置于紫外光下照射IOmin ；
[0123](20)使用正性顯影液溶解去除正性光刻膠，使微生物模板顆粒未鍍膜部分裸露出來；
[0124](21)重復步驟(6)~(15);
[0125](22)基片上微生物模板顆粒雙面鍍膜結束；[0126](23)使用負性顯影液溶解去除負性光刻膠；
[0127](24)將鍍膜后的微生物模板顆粒放置于無水乙醇中進行攪拌分離，得到生物型鍍鋁膜微粒。
[0128]圖4是以圓篩藻為模板的磁控濺射包覆鋁膜的生物型功能微粒的EDS圖譜。
[0129]經本發明制備方法制成的生物型微粒表面鍍膜均勻、連續、致密，比重小，表面粗糙度低，能良好的保持微生物原始形體。可作為功能微結構制備電磁防護材料，廣泛應用于國防、航空、航天、電子等領域。[0130]綜上所述，本發明所述的方法，能夠在不改變現有磁控濺射裝置內部結構的情況下，在異形微生物顆粒表面包覆金屬鍍膜。它是利用光刻膠的特性實現微生物表面磁控濺射金屬薄膜包覆。正性光刻膠經紫外光照射后可以用正性顯影液溶解去除；而負性光刻膠經紫外光照射后固化且不能被正性顯影液溶液去除，但可使用負性顯影液溶解去除。本發明工藝穩定，適用范圍廣，所制得的生物型功能微粒表面鍍層均勻、連續、致密，表面粗糙度低，比重小，并且可良好的保持微生物的原始形體及復雜亞結構。
【權利要求】
1.一種在微生物表面磁控濺射金屬鍍膜的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: (1)在樣品基片表面平鋪一層鋁箔紙； (2)在鋁箔紙上旋涂一層紫外正性光刻膠，該層紫外正性光刻膠的厚度為0.5~20 μ m ； (3)在紫外正性光刻膠表面鋪設一層微生物模板顆粒； (4)將基片放置在烘烤臺上使紫外正性光刻膠固化，烘烤溫度為100~120°C，烘烤時間為0.5~5min ； (5)使用常規磁控濺射儀，并檢查整個裝置是否運行正常，以下(6)- (15)步驟均是用磁控濺射儀進行操作； (6)打開真空室，將鋪有微生物模板顆粒的基片安裝在樣品臺上； (7)關閉真空室，開啟機械泵，抽真空至4~IOPa；
(8)開啟分子泵，抽真空至3XKT4Pa~5X KT3Pa ； (9)開啟流量計，向真空室內沖入惰性氣體至0.5~IOPa ； (10)開啟樣品臺加熱器，設置加熱溫度為20~300°C； (11)開啟樣品臺旋轉器，設置旋轉速度為5~25r/min； (12)開啟磁控濺射電源，調節功率至50~500W，開始濺射鍍膜； (13)鍍膜時間范圍為5~120min，時間結束后關閉磁控濺射電源； (14)按順序依次關閉流量計、分子泵、機械泵； (15)開啟充氣閥，待真空室內壓力與大氣壓力平衡后，打開真空室，取出基片； (16)基片上微生物模板顆粒單面鍍膜結束； (17)在基片表面旋涂一層紫外負性光刻膠，該層紫外負性光刻膠的厚度為0.5~20 μ m ； (18)將鋁箔紙從基板上剝離下，并反轉、脫模，使紫外正性光刻膠處于表面； (19)將基片放置于紫外光下照射5~30min； (20)使用正性顯影液溶解去除紫外正性光刻膠，使微生物模板顆粒未鍍膜部分裸露出來； (21)重復步驟(6)~(15)； (22)基片上微生物模板顆粒雙面鍍膜結束； (23)使用負性顯影液溶解去除紫外負性光刻膠； (24)將鍍膜后的微生物模板顆粒放置于無水乙醇中進行攪拌分離，得到生物型鍍膜微粒。
2.根據權利要求1所述的一種在微生物表面磁控派射金屬鍍膜的方法，其特征在于:在步驟(1)中所述的“樣品基片”，該基片是由純鋁制作的厚5mm、直徑180mm的圓板。
3.根據權利要求1所述的一種在微生物表面磁控派射金屬鍍膜的方法，其特征在于:在步驟(2)中所述的“在鋁箔紙上旋涂一層紫外正性光刻膠”，該層紫外正性光刻膠的厚度為 0.5 ~20 μ m。
4.根據權利要求1所述的一種在微生物表面磁控派射金屬鍍膜的方法，其特征在于:在步驟(3)中所述的“微生物模板顆粒”，它沒有特別限定，可以是有機生物模板，如螺旋藻、小球藻、小環藻微生物活性細胞體，也可以是無機生物模板，如圓篩藻、直鏈藻等微生物遺骸變質體；該微生物模板顆粒的尺寸在0.5~500 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種在微生物表面磁控派射金屬鍍膜的方法，其特征在于:在步驟(4)中所述的“將基片放置在烘烤臺上使紫外正性光刻膠固化”，其烘烤溫度為100~120°C，烘烤時間為0.5~5min。
6.根據權利要求1所述的一種在微生物表面磁控派射金屬鍍膜的方法，其特征在于:在步驟(5)中所述的“磁控濺射儀”，其所用靶材的直徑為80mm，厚度為3~6mm，純度為99.99%，材質沒有特別限定，可以是銀、銅、鋁等導電金屬，也可以是鎳、鈷等磁性金屬。
7.根據權利要求1所述的一種在微生物表面磁控派射金屬鍍膜的方法，其特征在于:在步驟(17)中所述的“在基片表面旋涂一層紫外負性光刻膠”，該層紫外負性光刻膠的厚度為 0.5 ~20 μ m。
【文檔編號】C23C14/20GK103741107SQ201310731360
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】蔡軍, 胡琰琰, 張德遠, 王圓圓 申請人:北京航空航天大學