PDF《气相沉积法制备聚酰亚胺薄膜不同单体配比的表征及其性能影响》

2)PAA/PAMS 复合微球在 环化炉中做热处理的过程中, 除了发生 PAA 向PI 的转化, 还伴随着 PAMS 芯轴的热降解, 热处理之 后仅剩 PI 球壳, PAMS 芯轴热降解之后以单体的 形式渗出球壳 [19] . 可以发现, 制备微球和薄膜的区 别主要在于衬底、 几何尺寸等方面的差异, 对PI 材 料力学性能和热稳定性方面的影响微小. 因此采用 先制备高性能薄膜, 再将制备薄膜的工艺参数应用 于微球制备的过程中, 最终制备出力学性能和热稳 定性更好的PI微球. 提高聚酰亚胺薄膜和微球性能的方法之一就 是优化气相沉积法制备 PI 薄膜的单体化学计量 配比. 制备聚酰亚胺过程中的单体配比问题研究 较少,

2000 年Liang 等[20] 研究了聚酰亚胺薄膜的 生长过程中分子链的取向, 指出苯环和聚酰亚胺 中C―N 键易平行于聚合物骨架平面和衬底平面, 单体化学计量比接近时 C―N 键增多, 分子链取向 趋于一致, 可降低薄膜粗糙度. 国内方面, 姚红 等[10,11] 研究指出薄膜中过量 ODA 在红外吸收振 动谱的特征峰受到芳核振动的影响而难以测量, 从 实验的角度发现单体配比接近的样品表面粗糙度 更低. 而单体化学计量比对薄膜光学性能、 力学性 能以及热学性能等方面影响的研究较少. 因此, 开 展相关研究, 确定合适的蒸发温度使得 PMDA 和ODA 两种单体等摩尔比沉积, 有利于制备高性能 的PI 薄膜, 从而为制备高性能的 PI 微球提供依据. 这对于推进 PI 微球在惯性约束聚变实验中的应用, 实现聚变点火有重要意义.

2 PI薄膜的制备与表征 2.1 PI薄膜的制备 选取直径

2 mm 的圆形溴化钾薄片作为衬底, 在10?4 ―10?5 Pa真空条件下, 制备 PAA薄膜. 沉 积时间均为

120 min, 在线膜厚监测装置观测实时 沉积速率. ODA的蒸发温度为

95 ? C, PMDA蒸发 温度分别为 120, 123,

124 和126 ? C. 将制备出的 035203-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

3 (2016)

035203 PAA 薄膜放入高温环化炉中, 在氩气气氛下梯度 加热至

300 ? C [12] . 根据 PMDA蒸发温度的不同将 得到的样品从低到高编号(1)―(4). 2.2 PAA和PI薄膜的表征 采用 NICOLET-6700 傅里叶变换红外光谱仪 测量了 PAA 和PI 薄膜的衰减全反射光谱;

荷兰帕 纳科公司X'

Pert PRO多功能X射线衍射仪(XRD) 测量了 PI 薄膜的常规 XRD 衍射谱;

美国 Hysitron 公司 Tri boindenter 纳米压痕仪测试 PI 薄膜加载 和卸载曲线;

德国 NESTZCH 公司 Stay49 C 型热 分析仪分析了 PI 薄膜的热重曲线;

德国 Zeiss 公司 MERLIN/VP COMPACT扫描电子显微镜观测PI 薄膜表面微观形貌.

3 实验结果与讨论 3.1 不同温度下沉积薄膜的成分 VDP制备的PAA薄膜主要成分是两种单体反 应生成的 PAA, 单体比例不均衡时, 两种单体不能 完全反应, 生成的薄膜中会包含一定量的过量单 体. 由于 ODA 在红外吸收振动谱的特征峰受到芳 核振动的影响而难以测量 [11] , 因此采用 PMDA 和PAA 特征峰相对于

1500 cm?1 处苯环特征峰的相 对强度来表征薄膜中 PMDA 的过量情况. 采用红 外光谱仪分别测量 (1)―(4) 号样品的热环化前的 衰减全反射吸收光谱, 结果如图

2 所示. 从图2可以看出, (1)―(4) 号样品均在1650 cm?1 处出现聚酰胺酸的羰基伸缩振动吸收峰 [C=O(CONH)], 表明两种单体发生缩聚反应生成 PAA. (2)―(4)号样品在1850,