基本信息
- 項目名稱：
- 利用介質(zhì)阻擋放電在紙張上沉積大面積疏水性納米薄膜研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本文利用介質(zhì)阻擋放電等離子體增強化學(xué)氣相沉積法,以普通玻璃為介質(zhì)，在基底濾紙，硅片上制備大面積氟碳薄膜。通過傅里葉變換紅外光譜儀、掃描探針顯微鏡、掃描電子顯微鏡、接觸角測試儀、臺階儀研究薄膜特性。利用電壓-電荷李薩如圖形法較準確的測量介質(zhì)阻擋放電的放電功率。沉積的氟碳薄膜具有良好的疏水性，厚度均勻質(zhì)量較好，對基底無破壞作用，耗能低、無污染。實驗中已得疏水角達110-120度的納米薄膜。
- 詳細介紹：
- 本文利用介質(zhì)阻擋放電等離子體增強化學(xué)氣相沉積法（DBD-PECVD），以普通玻璃為介質(zhì)，在基底濾紙，硅片上以C2F6、C3F8和C4F8氣體為反應(yīng)氣體，在不同條件下，在基底濾紙上制備出了大面積氟碳（FC）薄膜。以硅片為基底主要是方便于研究與測量薄膜的形貌。通過傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）、掃描探針顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM、）接觸角測試儀（SEO）、臺階儀研究該薄膜的特性。在實驗過程中，通過改變放電條件，我們已經(jīng)得到疏水角達110-120度的納米薄膜。并且利用電壓-電荷李薩如圖形法可以比較準確的測量介質(zhì)阻擋放電的放電功率。結(jié)果表明沉積的氟碳薄膜具有良好的疏水性，且薄膜厚度均勻質(zhì)量好，對基底沒有構(gòu)成破壞作用，耗能低且無污染。該技術(shù)應(yīng)用于紙張表面沉積大面積疏水性納米薄膜，可以讓處理后的紙張、字畫具有極好的防潮、耐酸堿性能，使得其更容易保存。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 利用介質(zhì)阻擋放電等離子體增強化學(xué)氣相沉積法，以普通玻璃為介質(zhì)，在基底濾紙表面沉積疏水性納米薄膜，通過對不同反應(yīng)條件下沉積出的薄膜疏水角測量分析，對薄膜表面二維形貌，表面微觀形貌，表面粗糙度的研究，找到薄膜疏水性最好、最穩(wěn)定的實驗條件。并利用電壓-電荷李薩如圖形法測量放電功率，研究放電耗能情況。在低溫低壓不更換紙張條件下連續(xù)快速沉積薄膜，使處理后的樣品有極好的防潮、耐酸堿性能，更易保存。
科學(xué)性、先進性
- 而現(xiàn)在利用介質(zhì)阻擋放電制備的薄膜具有良好的性能[1]。但其都不能大面積連續(xù)鍍膜，這就導(dǎo)致其工業(yè)生產(chǎn)的效率較低。而本實驗成膜的面積不僅大且均勻，裝置設(shè)計比較新穎，可以在大面積的成卷紙張上連續(xù)鍍膜。在實驗過程中，通過改變放電條件，我們已經(jīng)得到疏水角110-120度的納米薄膜。應(yīng)用李薩如電壓-電荷求功率法可以得出其放電過程中耗能較低。制備過程中無污染也是其主要的特點 [1]方 志,羅 毅,邱毓昌,等. 空氣中大氣壓低溫等離子體對聚四氟乙烯進行表面改性的研究[J ] . 真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報,2003 ,23 (60) :408 – 412。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品已申請“太陽鳥”計劃項目并成功結(jié)題
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股
作品可展示的形式
- 圖片 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該方法制備薄膜放電方式簡單，設(shè)備成本低，可以在不打開腔體的情況下更換紙張，因此可以連續(xù)鍍膜，便于大批量生產(chǎn)。而放電室氣體間隙小（通常幾毫米），腔體體積小，氣體流量低；同時消耗性氣體在反應(yīng)室內(nèi)幾乎按照80%比例反應(yīng)，因此全年所排出的氟碳氣體量很少，不會造成環(huán)境污染問題。氟碳薄膜具有超疏水性，耐腐蝕性，可使其在預(yù)防紙類物品日久潮濕上發(fā)揮到很大的作用。
同類課題研究水平概述
- 美國麻省理工學(xué)院的Gleason和美國馬薩諸塞大學(xué)Rastogi采用熱絲化學(xué)氣象沉積HFCVD法，用六氟環(huán)氧丙烷作為放電氣體，分別制備a-C:F薄膜，Gleason小組指出六氟環(huán)氧丙烷的流速和熱絲預(yù)處理時間嚴重影響了HFCVD方法沉積的氟碳薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌。Rastogi小組基底溫度影響薄膜的形貌和分子結(jié)構(gòu)因為被吸附的自由基和其它物種的吸附系數(shù)的不同。美國科羅拉多州立大學(xué)的Fisher等用六氟環(huán)氧丙烷等離子體電感耦合脈沖放電法沉積出包含交聯(lián)結(jié)構(gòu)很少且高度有序的a-C:F薄膜。意大利巴里大學(xué)的d’Agostino研究小組等發(fā)現(xiàn)采用電容耦合八氟環(huán)丁烷等離子體沉積得到a-C:F薄膜。他們發(fā)現(xiàn)低的射頻功率導(dǎo)致薄膜的交聯(lián)結(jié)構(gòu)減少和CF2含量的增多，晶帶的尺寸和密度影響了薄膜表面的粗糙度，進而決定了薄膜的疏水性。國內(nèi)對a-C:F薄膜的研究才剛剛起步。如中南大學(xué)的劉雄飛等以CF4和CH4的混合氣體為源氣體，Ar為工作氣體，用射頻等離子體增強化學(xué)氣相沉積法制備了a-C:F薄膜，他們發(fā)現(xiàn)隨沉積溫度的升高,薄膜表面變得均勻,退火后的薄膜表面比沒有退火的薄膜表面平坦。西安電子科技大學(xué)的楊銀堂采用電子回旋共振等離子體化學(xué)氣相沉積的方法,以C4F8和CH4為放電氣體制備了a-C:F薄膜。他們發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)加入CH4或者提高微波功率,不僅可以改善薄膜的熱穩(wěn)定性，同時還可以減小薄膜的介電常數(shù)。關(guān)于利用低氣壓介質(zhì)阻擋放電制備a-C:F薄膜的報道并不多見。本文報道了以八氟環(huán)丁烷（C4F8）為放電氣體，采用介質(zhì)阻擋等離子體增強化學(xué)氣相沉積（DBD-PECVD）法沉積a-C:F薄膜，并對它進行了表征和性能的分析。 國內(nèi)對a-C:F薄膜的研究才剛剛起步。中南大學(xué)的劉雄飛以CF4和CH4的混合氣體為源氣體，以氬氣為工作氣體，用射頻等離子體增強化學(xué)氣相沉積法制備了a-C:F薄膜，他發(fā)現(xiàn)隨沉積溫度的升高,薄膜表面變得均勻,退火后的薄膜表面比沒有退火的薄膜表面平整。西安電子科技大學(xué)的楊銀堂采用電子回旋共振等離子體化學(xué)氣相沉積的方法,以C4F8和CH4為放電氣體制備了a-C:F薄膜。他發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)加入CH4或者提高微波功率,不僅可以改善薄膜的熱穩(wěn)定性，同時還可以減小薄膜的介電常數(shù)。
