柔性基材的射頻等離子體表面改性.pdf

1、基于柔性基底材料如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)等的柔性電子(flexible electronics)技術(shù)近年來(lái)得到迅猛發(fā)展。但是由于高分子薄膜的表面能低，柔性基板表面與導(dǎo)電膜之間的粘結(jié)情況會(huì)直接影響柔性電子器件的整體質(zhì)量。目前，最簡(jiǎn)單的方法就是對(duì)其進(jìn)行表面改性處理。射頻等離子體電子密度高，能量大，易于發(fā)生或引發(fā)相關(guān)物理、化學(xué)反應(yīng)，運(yùn)用射頻等離子體對(duì)柔性基材進(jìn)行表面改性，能改善其親水、粘結(jié)等性能的影響，提高其與金屬導(dǎo)電膜的結(jié)合強(qiáng)度，甚至

2、取代傳統(tǒng)上柔性觸摸屏和太陽(yáng)能電池中采用的聚合物導(dǎo)電膠。因此，對(duì)柔性基材的射頻等離子體改性研究具有重要的實(shí)際意義。
　　 本文系統(tǒng)地研究了射頻容性耦合等離子體(RFCCP)對(duì)PET薄膜的表面改性，并對(duì)其表面的物理化學(xué)變化進(jìn)行分析表征。接觸角、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜(XPS)、剝離試驗(yàn)分析測(cè)試結(jié)果表明，純氬等離子體對(duì)PET膜表面以離子刻蝕為主，它能對(duì)PET膜表面起清潔作用，同時(shí)改變膜表面的

3、粗糙度，增加表面積，從而提高親水性，提升PET膜與Au膜的機(jī)械粘結(jié)力。而氬/氧混合等離子體由于氧的化學(xué)活性，使等離子體化學(xué)作用增強(qiáng)，在PET表明產(chǎn)生大量含氧官能團(tuán)，提高膜表面的極性，并能與金屬形成C-O-metal化學(xué)鍵，進(jìn)一步提高PET膜的親水性和粘結(jié)性能。
　　 通過(guò)不同氬/氧混合比例等離子體改性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧氣含量達(dá)到一定程度時(shí)，親水性和與金屬的粘結(jié)性反而會(huì)被削弱。為了探討等離子體中氧在表面改性中的作用機(jī)理，本文利用發(fā)射光

4、譜儀及質(zhì)譜儀診斷結(jié)果，發(fā)現(xiàn)氧的活性種是氬/氧混合等離子體對(duì)PET膜改性的主導(dǎo)粒子，但是氧由于其電負(fù)性會(huì)吸附大量高能電子，降低等離子體中活性粒子能量，故實(shí)驗(yàn)得出優(yōu)化的氬/氧混合比例10:1，能最大限度地提高PET膜的粘結(jié)性能。
　　 通過(guò)對(duì)等離子體放電參數(shù)的改變，發(fā)現(xiàn)功率較低時(shí)，等離子體能量較低，對(duì)PET膜表面的處理效果有限。而當(dāng)處理時(shí)間較短時(shí)(30s)，等離子體并沒(méi)有充分地對(duì)PET膜表面經(jīng)行處理，而在時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)(150s)，等

5、離子體已經(jīng)充分的對(duì)膜表面進(jìn)行處理，達(dá)到了物理化學(xué)反應(yīng)的平衡；根據(jù)反應(yīng)腔體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了樣品放置位置對(duì)處理效果的影響，發(fā)現(xiàn)在射頻一射頻極板間處理的PET膜效果要好于相同實(shí)驗(yàn)條件下放置在射頻一接地極板間處理的PET膜，通過(guò)光譜診斷也發(fā)現(xiàn)射頻一射頻極板間等離子體光譜要強(qiáng)于射頻一接地極板。
　　 本論文將質(zhì)譜和發(fā)射光譜診斷以及放電電極結(jié)構(gòu)與材料表面改性過(guò)程相結(jié)合，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析和評(píng)價(jià)，提出了等離子體對(duì)材料表面處理作用機(jī)理。