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《东北大学》 2015年
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薄膜制备技术在润湿性控制方面的研究

程春玉  
【摘要】:润湿性是固体表面的重要性能之一,影响固体的实际使用。一般情况下,物体的润湿性用接触角表征。接触角90°的表面称为亲水性表面;接触角90°的表面称为疏水性表面。根据手机行业对触摸屏玻璃具有抗指纹性能(疏水性)的要求,本文对具有亲水性表面K9玻璃进行了处理,分别使用电子回旋共振波(ECWR)射频溅射系统和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统,在其表面上制备了疏水性的硅掺杂类金刚石薄膜,研究了薄膜在改善K9玻璃表面疏水性方面的可行性。首先本文介绍了 ECWR射频溅射系统的原理、亥姆赫兹线圈的计算及镀膜系统的整体设计,并用光纤光谱(OES)检测等离子体状态,以获得线圈的最优直流电流值,使该系统产生电子回旋波共振效应。利用ECWR射频溅射系统在K9玻璃表面上制备掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜。实验时采用氩气(Ar)和甲烷(CH4)的混合气体轰击硅靶。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱仪、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱分析(XPS)仪和透射电镜(TEM)分别检测薄膜的表面形貌、结构和化学成分。研究表明该系统制备的薄膜表面光滑、均匀性好,且薄膜主要为DLC薄膜,还含有非晶硅(a-Si)和SiC颗粒,但颗粒较小,呈弥散分布,并被非晶碳膜包裹。采用台阶仪测量薄膜的厚度,计算沉积速率,结果表明薄膜的沉积速率约为65nm/min;采用接触角仪测试薄膜在销-盘式摩擦磨损试验机上摩擦前后的疏水性,以确定其长期稳定性。当Ar/CH4流量比为5/5sccm时,在60W的溅射功率下制备的薄膜接触角最大,可达111.3°:在70W的溅射功率下,薄膜的接触角为107.5°,摩擦后降至89.0°,说明其疏水性是长期稳定的。利用PECVD系统在K9玻璃表面制备了掺氧化硅类金刚石(SiOx-DLC)薄膜。实验时采用的反应气体为六甲基二硅氧烷(HMDSO)、Ar和CH4。通过SEM观察薄膜的表面特征,结果表明制备的薄膜表面形貌不尽相同:未施加直流偏压时薄膜平滑致密,施加直流偏压后薄膜粗糙度增加;随着CH4气体的加入,薄膜颗粒排列状况发生变化。Raman光谱研究表明薄膜主要为DLC薄膜,并含有单晶4H-SiC和团簇的聚合物;通过XPS检测了 CH4含量组试样中各元素的相对含量,结果表明随着CH4含量的增加,薄膜中Si元素含量降低。采用接触角仪测试薄膜摩擦磨损实验前后的疏水性。研究结果表明在射频功率为80W、直流偏压为-100V、Ar/HMDSO流量比5/15sccm时,薄膜表面的接触角最大,达到121.0°;在射频功率为80W、直流偏压为-100V、Ar/HMDSO/CH4流量比为8/12/4sccm时,薄膜表面的接触角为103.2°,摩擦后降至89.1°,说明其疏水性是长期稳定的。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.2

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