大氣壓DBD等離子體沉積SiOxCyHz結構薄膜及其光學性能研究.pdf

1、大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體具有大規(guī)模工業(yè)應用前景。高效地利用等離子體實現(xiàn)材料表面改性和功能結構構筑是本領域研究的重要課題。本文深入探索了大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體刻蝕行為和沉積行為基本過程，并對沉積的結構薄膜光學性能進行研究。課題采用介質(zhì)阻擋放電等離子體放電深入研究其刻蝕行為對聚酰亞胺薄膜的活化過程的影響；于被活化的基片表面實施等離子體增強化學氣相沉積成功獲得 SiOxCyHz納米顆粒、平整、褶皺薄膜，深入討論各結構薄膜成型機理，揭示各

2、結構薄膜形態(tài)生長過程及演變規(guī)律；最終分析褶皺薄膜與可見光的光學響應機制，為推廣大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體在工業(yè)領域應用夯實基礎。論文主要包括以下4方面：
　　（1）等離子體刻蝕行為對聚酰亞胺基片的活化作用
　　首先，分析不同放電時間下聚酰亞胺基片表面化學成分、物理形貌、浸潤性能的變化，揭示等離子體刻蝕行為下聚酰亞胺基片的活化機制。其次，討論了功率和氧氣等放電參數(shù)對等離子體活化聚酰亞胺薄膜的影響。大功率純氬氣放電時，聚酰亞胺薄

3、膜表面出現(xiàn)大量均勻分布的皮屑，剝皮效應明顯增加，-C-O-和-C=O等化學鍵紅外譜圖中相對吸收峰強度增加；加入氧氣后，等離子體放電區(qū)域內(nèi)活性離子濃度增加，放電不均勻性增加，導致聚酰亞胺薄膜表面出現(xiàn)大量刻蝕痕跡，刻蝕不均勻性增加。最后，對聚酰亞胺基片表面親水性時效性進行研究。
　　（2）等離子體沉積SiOxCyHz顆粒/平整薄膜
　　載氣氬氣流速較慢時，薄膜以島狀生長模式為主，形成顆粒薄膜；當載氣氬氣流速較快時，薄膜以層狀生長

4、模式為主，形成平整連續(xù)薄膜。在 SiOxCyHz顆粒薄膜生長過程中加入氧氣可增加無機成分的含量，促進顆粒薄膜由致密狀向多孔發(fā)生轉變，由拒水變?yōu)橛H水。其次討論了 SiOxCyHz平整薄膜的層狀生長模式，通過觀察平整薄膜受外力后破壞形貌及不同沉積時間薄膜表面化學元素占比，發(fā)現(xiàn)平整連續(xù)SiOxCyHz薄膜存在多層結構，且層與層之間力學性能、化學元素占比差異較大，由下而上 Si元素逐漸增加，C元素逐漸減少，提出分層生長機制。
　　（3）等

5、離子體沉積SiOxCyHz褶皺薄膜
　　特定等離子體放電參數(shù)下，可獲得 SiOxCyHz褶皺薄膜。通過研究基片模量、基片溫度和放電氣氛對 SiOxCyHz褶皺薄膜的影響和在線檢測等手段，發(fā)現(xiàn)導致 SiOxCyHz薄膜褶皺結構產(chǎn)生的應力不是來源于薄膜與基片熱力學性能差異，也不源于介質(zhì)阻擋放電中的絲狀放電。隨后 SiOxCyHz薄膜褶皺正反面的化學成分分析顯示褶皺薄膜正面無機成分較多，而反面有機成分較多，這可能是 SiOxCyHz薄膜

6、褶皺結構出現(xiàn)的重要原因。此外，對褶皺薄膜成型后生長模式進行探討，通過掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡等結果表明，褶皺結構出現(xiàn)后隨沉積時間的延長其不會發(fā)生大幅度的二次變形，而是在原有基礎上繼續(xù)生長，由較平坦的褶皺逐步發(fā)展為較飽滿的褶皺。
　?。?）SiOxCyHz褶皺薄膜光學性能
　　分析了具有一定取向、Z字形、各向同性、大尺度等不同形貌的褶皺的光學響應情況。通過分析發(fā)現(xiàn)，白光入射時各不同形貌的褶皺均顯示出強烈的分光效果，體現(xiàn)出光