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磁控溅射沉积Ag/FC功能纺织材料的制备及性能研究

徐文正  
【摘要】:随着科技的发展,电磁辐射现如今已成为继水污染、空气污染和噪声污染之后的第四大污染。磁控溅射沉积薄膜具有低温高速、经济环保、简单可控的特点,可用于在纺织材料上实现其表面功能化,利用磁控溅射技术制备具有电磁屏蔽功能的纺织材料在理论及应用方面都具有重要意义。本文运用磁控溅射技术,银(Ag)和聚四氟乙烯(PTFE)为靶材,在纺织材料表面沉积Ag膜、氟碳(FC)膜和银/氟碳(Ag/FC)复合膜,对其表面形貌、物理及化学结构、拒水性能、导电性能、电磁屏蔽性能进行了研究,对薄膜的生长模式、界面结合机制及时效性进行了分析,取得了一些成果,其主要研究内容及结论如下:Ag膜在PET纤维表面的生长模式为岛状生长模式,其过程是:Ag粒子首先沉积在PET纤维表面缺陷位置生成核,然后核在三维方向长大成孤立的岛,岛进一步网络成连续的薄膜,符合岛状生长模式;FC膜在PET纤维表面最初呈现棒状和颗粒状生长,并且对基材本身具有一定的刻蚀效果,随着溅射时间延长后,形成连续薄膜;Ag/FC层状膜在FC膜层的沉积过程中,首先沉积在已生长Ag膜的缺陷位置,然后形成连续薄膜;Ag/FC共溅膜在PET纤维表面的沉积也为岛状生长模式。沉积薄膜表面的Ag、F元素含量与磁控溅射工艺参数相关,并且在PET非织造布的表面分布均匀;在Ag膜、Ag/FC层状膜及Ag/FC共溅膜中的Ag是以单质的状态存在,没有发生化学反应;PTFE靶材经过磁控溅射后沉积到PET基材表面后断裂为含有-C-C-、-C-CF-、-CF-、-CF_2-、-CF_3等基团组成FC大分子链结构,沉积的FC膜在1200-1250cm~(-1)波数范围内出现-CF_2-基团的振动峰,其F/C原子百分比低于聚四氟乙烯本身;在Ag膜和Ag/FC层状膜中XRD发现Ag的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面特征峰,主体沿(111)晶面取向,随着溅射功率的增大,Ag(111)晶面特征峰强增大,结晶度提高,而Ag在Ag/FC共溅膜中基本呈现无定形态。沉积FC膜PET非织造布与水的静态接触角随溅射功率和溅射时间的增大而增大,接触角达到140°左右,再继续增大溅射功率和溅射时间后,对接触角的增长幅度影响不大;气体压强在0.55-2.0 Pa范围内对接触角影响不大,在2.0-10.0 Pa范围内随气体压强增大接触角降低;沉积Ag/FC层状膜PET非织造布与水的静态接触角大于单层FC膜,其接触角达到145.21°。沉积Ag/FC共溅膜PET非织造布与水的静态接触角随Ag含量的增加而降低。PET非织造布表面沉积Ag膜,随溅射功率增大和溅射时间延长,其表面电阻降低,当形成连续薄膜后,再继续增大溅射功率和时间,其电阻下降不明显;沉积Ag/FC层状膜PET非织造布,随着FC溅射厚度的增加,其表面电阻增加;沉积Ag/FC共溅膜PET非织造布,在溅射参数为30 W/50 W、15 min、0.55 Pa时,表面电阻急剧下降,形成导电网络;磁控溅射工艺参数对电磁屏蔽性能的影响顺序是溅射功率、溅射时间,气体压强(0.55-2.0 Pa),频宽:30 MHz-1.5 GHz;Ag/FC层状膜PET非织造布在沉积过程中由于“反溅射”现象存在,导致随着FC层厚度的增加,其电磁屏蔽效能出现先增加后减少的趋势;沉积Ag/FC共溅膜PET非织造布的电磁屏蔽效能与电阻变化趋势一致,其屏蔽效能大于同工艺参数下沉积Ag膜的PET非织造布;非织造布的厚度及孔隙结构对电磁屏蔽效能影响大。采用H_2S腐蚀试验分析了样品的耐腐蚀性能,结果显示沉积Ag/FC层状膜和Ag/FC共溅膜的PET非织造布中Ag的硫化反应缓慢;测试膜层与PET基材之间的结合力可知,Ag/FC共溅膜的剥离力最大,可见共溅膜结构有利于增强其界面结合力。


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