聚酰亚胺薄膜表面性质研究.ppt

2019/11/23,聚酰亚胺薄膜表面性质研究,阙正波,2008.10.12,CompanyLogo,主要内容,研究背景实验计划,CompanyLogo,研究背景,聚合物表面1物体的表面是物质存在的一种客观形式，固体从体相延伸到表面，最终在表面形成原子及其电子分布的终端，从而导致表面具有体相所不具备的新的特点和新的特征。同时也破坏了物体的连续性。聚合物因自身的特点，其表面的特性在许多技术中都是非常重要的。就其最终用途而言，许多情况下表面性质是关键，其中包括粘接性能、电性能、光学性能和生物体的相容性，以及透气性等。这些性质的优劣将取决于聚合物表面具有的物理和化学结构。,CompanyLogo,研究背景,现在应用于聚合物表面分析的技术有很多，基于一个时期以来谱仪的开发，仪器性能及谱图阐释方面的诸多进展，表面表征方法趋于成熟。主要有：红外光谱、X射线能谱、二次质子离谱、扫描电镜显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜等技术。,CompanyLogo,研究背景,聚酰亚胺薄膜表面研究进展聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）薄膜以其优异的耐高温性能、机械性能、耐辐射性能、低介电常数和高电阻率等优异性能，广泛应用于微电子行业作为介电空间层、金属薄膜的保护覆盖层和基材，尤其用于挠性覆铜板领域2-4。在这些应用领域里，聚酰亚胺薄膜与铜、硅和铝具有良好的粘接性能对于电子封装的可靠性能是很重要的3。因此，有必要对聚酰亚胺薄膜的表面性能进行系统研究。,CompanyLogo,研究背景,近年来，研究者采用各种方法来研究聚酰亚胺薄膜表面性质，如离子和电子显微镜、振动光谱、表面能设备等。Factor5等采用掠射X射线扫描仪研究了旋转涂布制备的PMDA-ODA体系聚酰亚胺薄膜的表面结构，发现空气面附近的薄膜比体相更有序，完全固化的聚酰亚胺薄膜的表面性质不同于体相。Zuo6等研究了不同亚胺化程度的聚酰亚胺薄膜表面自由能的变化情况。发现随着亚胺化程度的加深，表面接触角逐渐增大，表明聚酰亚胺薄膜表面的极性变弱。当亚胺化温度为300时，接触角高达80。,CompanyLogo,研究背景,Hasegawa7等人利用紫外可见分光光度仪研究了各种聚酰亚胺和其前驱体的平面分子取向程度，发现贴在基材的聚酰胺酸薄膜产生了自发取向。综合文献得，影响聚酰亚胺表面性能的因素有：聚酰亚胺单体种类、制备工艺以及涂覆基材等等。,CompanyLogo,实验计划,实验目的采用红外、接触角仪和原子力显微镜考察亚胺化过程中聚酰亚胺薄膜表面性能实验材料均苯四甲酸二酐(PMDA)，纯度99.0%，常熟市联邦化工有限公司；4，4-二胺基二苯醚(ODA)，纯度99.5%，蚌埠族光精细化工有限责任公司；N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)，化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司。,CompanyLogo,实验计划,聚酰亚胺薄膜制备在烧杯中加入一定量的DMAc和ODA，搅拌至完全溶解；分批加入PMDA，反应6h后，得到质量分数为10%聚酰胺酸溶液。将一定量的溶液均匀地涂于干燥的基材上，然后在60下热处理12h，接着在100，150，180，200，250和320下各恒温1h，以获得不同亚胺化程度的聚酰亚胺薄膜。,CompanyLogo,实验计划,表征手段1.傅立叶红外光谱仪(FTIR)-测定薄膜的红外光谱图,确定亚胺化程度2.视频接触角仪-采用两液法计算表面能3.原子力显微镜(AFM)-聚酰亚胺薄膜表面的形貌,CompanyLogo,实验计划,问题讨论亚胺化程度的确定根据Beer-Lambert法则，所测酰亚胺基团特征峰的吸收强度(Ab)可用于亚胺化程度的定量。相对亚胺化程度由式(1)计算:式中，(H1380/H1500)T是温度为T时C-N吸收峰峰高与苯环吸收峰峰高的比值；(H1380/H1500)320是程序升温至320时(假定已完全亚胺化)两吸收峰峰高的比值。,为了保证整个亚胺化过程中数据的可比性，每个样品的C-N吸收峰峰高都经苯环吸收峰1500cm-1校正，尽可能地消除含量不同、膜厚变化等因素。,CompanyLogo,实验计划,表面能Fowkes8提出固体总表面能可以看成是色散相互作用(rd)和极性相互作用(rp)两者贡献的总和。,根据Owens和Wendt9以及Kaelble10提出的公式计算rd和rp，公式如下：,CompanyLogo,实验计划,问题讨论1.不同亚胺化程度薄膜表面能变化情况。2.薄膜正反两面亚胺化程度。3.采用原子力显微镜考察正反两面薄膜的粗糙度。,CompanyLogo,实验计划,参考文献1黄玉东.聚合物表面与界面技术M.北京:化学工业出版社,2003.2张雯,张露,李家利,等.国外聚酰亚胺薄膜概况及其应用进展J.绝缘材料,2001,(2):21-23.3ParkSJ,LeeEJ,KwonSH.InfluenceofsurfacetreatmentofpolyimidefilmonadhesionenhancementbetweenpolyimideandmetalfilmsJ.Bull.KoreanChem.Soc.,2007,28(2):188-192.4辜信实.印制电路用覆铜箔层压板M.北京:化学工业出版社,2002:389-396.5FactorBJ,RussellTP,ToneyMF.GrazingincidenceX-rayscatteringstudiesofthinfilmsofanaromaticpolyimideJ.Macromolecules,1993,26(11):2847-2859.6ZuoM,TakeichiT,MatsumotoA.SurfacecharacterizationofpolyimidefilmsJ.Colloid&PolymerScience,1998,276(7):555-564.7HasegawaM,MatanoT,ShindoY,SugimuraT.SpontaneousMolecularOrientationofPolyimidesInducedbyThermalImidization.2.In-PlaneOrientationJ.Macromolecules,1996,29(24)7897-7909.8FowkesFM.AttractiveforcesatinterfacesJ.Industrial&EngineeringChemistry,1964,56(12):40-52.9OwensDKandWendtRC.EstimationofthesurfacefreeenergyofpolymersJ.JournalofAppliedPolymer