基本信息
- 项目名称：
- 利用介质阻挡放电在纸张上沉积大面积疏水性纳米薄膜研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本文利用介质阻挡放电等离子体增强化学气相沉积法,以普通玻璃为介质，在基底滤纸，硅片上制备大面积氟碳薄膜。通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、接触角测试仪、台阶仪研究薄膜特性。利用电压-电荷李萨如图形法较准确的测量介质阻挡放电的放电功率。沉积的氟碳薄膜具有良好的疏水性，厚度均匀质量较好，对基底无破坏作用，耗能低、无污染。实验中已得疏水角达110-120度的纳米薄膜。
- 详细介绍：
- 本文利用介质阻挡放电等离子体增强化学气相沉积法（DBD-PECVD），以普通玻璃为介质，在基底滤纸，硅片上以C2F6、C3F8和C4F8气体为反应气体，在不同条件下，在基底滤纸上制备出了大面积氟碳（FC）薄膜。以硅片为基底主要是方便于研究与测量薄膜的形貌。通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描探针显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM、）接触角测试仪（SEO）、台阶仪研究该薄膜的特性。在实验过程中，通过改变放电条件，我们已经得到疏水角达110-120度的纳米薄膜。并且利用电压-电荷李萨如图形法可以比较准确的测量介质阻挡放电的放电功率。结果表明沉积的氟碳薄膜具有良好的疏水性，且薄膜厚度均匀质量好，对基底没有构成破坏作用，耗能低且无污染。该技术应用于纸张表面沉积大面积疏水性纳米薄膜，可以让处理后的纸张、字画具有极好的防潮、耐酸碱性能，使得其更容易保存。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 利用介质阻挡放电等离子体增强化学气相沉积法，以普通玻璃为介质，在基底滤纸表面沉积疏水性纳米薄膜，通过对不同反应条件下沉积出的薄膜疏水角测量分析，对薄膜表面二维形貌，表面微观形貌，表面粗糙度的研究，找到薄膜疏水性最好、最稳定的实验条件。并利用电压-电荷李萨如图形法测量放电功率，研究放电耗能情况。在低温低压不更换纸张条件下连续快速沉积薄膜，使处理后的样品有极好的防潮、耐酸碱性能，更易保存。
科学性、先进性
- 而现在利用介质阻挡放电制备的薄膜具有良好的性能[1]。但其都不能大面积连续镀膜，这就导致其工业生产的效率较低。而本实验成膜的面积不仅大且均匀，装置设计比较新颖，可以在大面积的成卷纸张上连续镀膜。在实验过程中，通过改变放电条件，我们已经得到疏水角110-120度的纳米薄膜。应用李萨如电压-电荷求功率法可以得出其放电过程中耗能较低。制备过程中无污染也是其主要的特点 [1]方 志,罗 毅,邱毓昌,等. 空气中大气压低温等离子体对聚四氟乙烯进行表面改性的研究[J ] . 真空科学与技术学报,2003 ,23 (60) :408 – 412。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品已申请“太阳鸟”计划项目并成功结题
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 图片 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该方法制备薄膜放电方式简单，设备成本低，可以在不打开腔体的情况下更换纸张，因此可以连续镀膜，便于大批量生产。而放电室气体间隙小（通常几毫米），腔体体积小，气体流量低；同时消耗性气体在反应室内几乎按照80%比例反应，因此全年所排出的氟碳气体量很少，不会造成环境污染问题。氟碳薄膜具有超疏水性，耐腐蚀性，可使其在预防纸类物品日久潮湿上发挥到很大的作用。
同类课题研究水平概述
- 美国麻省理工学院的Gleason和美国马萨诸塞大学Rastogi采用热丝化学气象沉积HFCVD法，用六氟环氧丙烷作为放电气体，分别制备a-C:F薄膜，Gleason小组指出六氟环氧丙烷的流速和热丝预处理时间严重影响了HFCVD方法沉积的氟碳薄膜的结构和形貌。Rastogi小组基底温度影响薄膜的形貌和分子结构因为被吸附的自由基和其它物种的吸附系数的不同。美国科罗拉多州立大学的Fisher等用六氟环氧丙烷等离子体电感耦合脉冲放电法沉积出包含交联结构很少且高度有序的a-C:F薄膜。意大利巴里大学的d’Agostino研究小组等发现采用电容耦合八氟环丁烷等离子体沉积得到a-C:F薄膜。他们发现低的射频功率导致薄膜的交联结构减少和CF2含量的增多，晶带的尺寸和密度影响了薄膜表面的粗糙度，进而决定了薄膜的疏水性。国内对a-C:F薄膜的研究才刚刚起步。如中南大学的刘雄飞等以CF4和CH4的混合气体为源气体，Ar为工作气体，用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了a-C:F薄膜，他们发现随沉积温度的升高,薄膜表面变得均匀,退火后的薄膜表面比没有退火的薄膜表面平坦。西安电子科技大学的杨银堂采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积的方法,以C4F8和CH4为放电气体制备了a-C:F薄膜。他们发现在一定范围内加入CH4或者提高微波功率,不仅可以改善薄膜的热稳定性，同时还可以减小薄膜的介电常数。关于利用低气压介质阻挡放电制备a-C:F薄膜的报道并不多见。本文报道了以八氟环丁烷（C4F8）为放电气体，采用介质阻挡等离子体增强化学气相沉积（DBD-PECVD）法沉积a-C:F薄膜，并对它进行了表征和性能的分析。 国内对a-C:F薄膜的研究才刚刚起步。中南大学的刘雄飞以CF4和CH4的混合气体为源气体，以氩气为工作气体，用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了a-C:F薄膜，他发现随沉积温度的升高,薄膜表面变得均匀,退火后的薄膜表面比没有退火的薄膜表面平整。西安电子科技大学的杨银堂采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积的方法,以C4F8和CH4为放电气体制备了a-C:F薄膜。他发现在一定范围内加入CH4或者提高微波功率,不仅可以改善薄膜的热稳定性，同时还可以减小薄膜的介电常数。
