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　　申请号：201710101533.2
　　申请人：哈尔滨工业大学
　　发明人：代兵 舒国阳 朱嘉琦 刘康 赵继文 王强 王杨 姚凯丽 孙明琪 杨磊 雷沛 韩杰才

　　摘要： 一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，本发明涉及单晶金刚石反蛋白石的制备方法。本发明要解决现有的金刚石反蛋白石结构只能制备出多晶体，从而导致其力学、光学和热学综合性能的下降的问题。方法：一、金刚石晶片预处理；二、SiO2微球预处理；三、掩模板沉积；四、掩模板处理；五、单层反蛋白石单晶金刚石生长；六、生长后处理；七、多掩模板沉积及金刚石生长；八、掩模板去除。本发明用于一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法。

　　主权利要求：1.一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法是按照以下步骤进行的：一、金刚石晶片预处理：在超声功率为300W的条件下，将HPHT单晶金刚石晶片依次用丙酮超声波清洗30min、去离子水超声波清洗15min及无水乙醇超声波清洗15min，将清洗后的HPHT单晶金刚石晶片置于管式炉中，在温度为200℃～500℃的条件下，加热1min，得到预处理后的金刚石晶片；二、SiO2微球预处理：将直径为0.2μm～1μm的SiO2纳米微球浸入到质量百分数为50％～85％的酒精溶液中，并在超声功率为300W～500W的条件下，分散处理10min～15min，得到分散均匀的SiO2悬浊液；三、掩模板沉积：将预处理后的金刚石晶片置于LB膜仪的样品台上，预先垂直浸入到LB膜仪的水面之下并置于LB膜仪两块液面挡板之间，然后将分散均匀的SiO2悬浊液滴加在LB膜仪水槽中，以移动速度为1mm/s～10mm/s，调整LB膜仪两块液面挡板的位置并检测膜压，当膜压达到临界值时，调整LB膜仪液面挡板移动速度为100μm/s～500μm/s，并以升起速度为100μm/s～500μm/s，升起LB膜仪的样品台，使SiO2单层膜转移至预处理后的金刚石晶片表面，得到沉积SiO2微球掩膜板的金刚石晶片；四、掩模板处理：将沉积SiO2微球掩膜板的金刚石晶片置于气氛管式炉中，在空气气氛及温度为100℃～200℃的条件下，加热10min～30min，得到处理后的沉积SiO2微球掩膜板的金刚石晶片；五、单层反蛋白石单晶金刚石生长：将处理后的沉积SiO2微球掩膜板的金刚石晶片置于MPCVD仪器舱体内，关舱，舱体抽真空，使舱内真空度达到1.0×10-6mbar～3.0×10-6mbar，开启程序，设定氢气流量为100sccm～200sccm，氧气流量为2sccm～10sccm，舱内气压为15mbar～30mbar，启动微波发生器，激活等离子体，升高舱内气压至50mbar～200mbar，功率至1500W～3000W，通入甲烷气体，控制甲烷气体流量为2sccm～10sccm，调整并维持处理后的沉积SiO2微球掩膜板的金刚石晶片表面温度为500℃～900℃，在表面温度为500℃～900℃的条件下进行单晶金刚石微纳结构生长，控制单晶金刚石微纳结构的生长厚度为SiO2微球掩膜板厚度的3/5～4/5，关闭甲烷气体阀门，以20mbar/min的速率降低舱内气压，直至温度降低至室温，关闭等离子体，暂时停止生长，打开MPCVD仪器舱体，得到第一次生长结束后的金刚石晶片；六、生长后处理：将第一次生长结束后的金刚石晶片依次用丙酮超声波清洗30min、去离子水超声波清洗15min及无水乙醇超声波清洗15min，将清洗后的第一次生长结束的金刚石晶片放入气氛管式炉中，通入氧气，在温度为200℃～500℃的条件下，加热5min～10min，得到处理后的第一次生长结束的金刚石晶片；七、多掩模板沉积及金刚石生长：将处理后的第一次生长结束的金刚石晶片按步骤三至六重复九次，得到生长后的金刚石晶片；八、掩模板去除：将生长后的金刚石晶片的四个侧壁进行机械抛光，抛光液采用粒径为10nm～50nm的金刚石悬浮液，抛光盘为铸铁，在转速为800r/min～2000r/min的条件下，抛光5min～30min，得到抛光后的样品，将抛光后的样品片依次用丙酮超声波清洗30min、去离子水超声波清洗15min及无水乙醇超声波清洗15min，然后置于质量百分数为20％～50％的氢氟酸中2h～10h，保留下的单晶金刚石骨架结构即为单晶金刚石反蛋白石。
　　2.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤二中将直径为0.5μm的SiO2纳米微球浸入到质量百分数为50％～85％的酒精溶液中。
　　3.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤二中在超声功率为300W的条件下，分散处理12min。
　　4.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤四中在空气气氛及温度为100℃的条件下，加热20min。
　　5.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤五中使舱内真空度达到3.0×10-6mbar，开启程序，设定氢气流量为200sccm，氧气流量为5sccm，舱内气压为20mbar。
　　6.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤五中升高舱内气压至100mbar，功率至1500W，通入甲烷气体，控制甲烷气体流量为5sccm。
　　7.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤五中调整并维持处理后的沉积SiO2微球掩膜板的金刚石晶片表面温度为900℃，在表面温度为900℃的条件下进行单晶金刚石微纳结构生长，控制单晶金刚石微纳结构的生长厚度为SiO2微球掩膜板厚度的4/5。
　　8.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤六中将清洗后的第一次生长结束的金刚石晶片放入气氛管式炉中，通入氧气，在温度为200℃的条件下，加热6min。
　　9.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤八中将生长后的金刚石晶片的四个侧壁进行机械抛光，抛光液采用粒径为10nm的金刚石悬浮液，抛光盘为铸铁，在转速为1500r/min的条件下，抛光15min。
　　10.根据权利要求1所述的一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其特征在于步骤八中然后置于质量百分数为40％的氢氟酸中8h。