（纺织工程专业论文）溅射法制备抗菌丝织物及其性能研究.pdf

t 、 00 ： 、，、一 摘要 摘要 舢删| f f | | f f | l | 嗍| i l i i i i i l i i | i l | 删 y 18 2 9 5 4 3 本文介绍了对丝织物进行抗菌整理的原因和现状及纳米银的性质和应用现状；分析 了目前国内外在抗菌织物研究方面的主要方法，针对目前已有的制备纳米银抗菌织物方 法的缺点，提出采用绿色环保的磁控溅射技术，在室温条件下，在丝织物基材表面沉积 功能性纳米结构银镀层，实现纺织材料表面抗菌功能化。 本课题采用磁控溅射表面沉积技术，在丝织物表面构建纳米银镀层，赋予其特殊的 抗菌性能。论文主要探讨了溅射工艺参数( 溅射功率，溅射压强和溅射时间) 及放置时 间对抗菌性能的影响。采用振荡烧瓶法，选择大肠杆菌及金黄色葡萄球菌为试验菌种， 对不同溅射工艺参数及放置时间下的丝织物基纳米银薄膜样品进行抗菌性能测试。抗菌 测试结果表明：溅射时间对丝织物上纳米结构银薄膜的抗菌性影响较大，当溅射时间为 6 0 s 时，样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌已表现出了良好的抑制作用，抑菌率分别为 9 9 3 0 和9 9 8 9 。但随着溅射时间的延长，抑菌率稍有下降。在一定膜厚下，随溅射 功率的增大，抗菌性能略有下降。随着溅射压强的增加，样品的抗菌性能略有改善。当 纳米银膜样品在空气中放置不同时间后，样品对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抑菌率有所 下降。放置2 8 天后，对大肠杆菌的抑菌率下降较明显，对金黄葡萄球菌的抑菌率保持 在7 0 以上。 论文同时对银镀层微观结构如镀层厚度、镀层颗粒结构、镀层的晶态结构和镀层的 表面形貌等进行表征与分析，利用扫描电镜( s e m ) 观察薄膜的表面形态；借助原子力显 微镜c a f m ) 分析了纳米银薄膜的形貌特征和粒径；采用x 射线衍射( x r d ) 测试薄膜的晶 态结构。s e m 和a f m 分析结果显示：随溅射时间的增加，纤维表面的纳米银颗粒逐渐 增加，薄膜厚度也随之增加，膜的致密性、均匀性越来越好，表面积越来越大，纳米银 粒子的平均粒径逐渐增大。测试结果表明：在丝织物表面溅射的纳米银薄膜具有 一定结晶结构。 本论文采用剥离试验，研究溅射薄膜与丝织物基材间的界面结合牢度。在实验范围 内，随溅射功率增加，a g 薄膜与基材间的结合牢度下降；随溅射压强增大、溅射时间 的延长，a g 薄膜与基材间的结合牢度提高。 最后对镀膜前后丝织物的断裂强力、透气性能及悬垂系数等进行测试。结果表明： 溅射银膜后的丝织物的断裂强力有所下降；织物的透气性有一定程度的提高；织物的悬 垂性稍有提高。 关键词：丝织物；磁控溅射；纳米银；薄膜；抗菌；结合牢度；机械性能 a b s 缸a c t a b s t r a c t h ln l i sp a p m e 嬲0 n 锄d 删s i t 嘣0 no f 枷b 积耐a l 缸i s h i i l g t l l es i l k 铀r i 馏 觚dn 觚o - s i l v e rp i 0 l 删骼觚da p p l i 训o i l sw e 他b r i e f l yi i l 仃i ) d l l c e d t h em a i l lm e m o d so ft h e r c s e a r c ho fa i l t i b 删a lt 懿t i l 馏h o m e 趾da b r o a dw e r e 锄a 1 ) z e d f 0 rm e 他a r ed r a l 岫a c k s c x i s t i i l gi nt h 懿ea v a i l a b l et e c h i l i q u 鼯，i n l i s 托s e a c ：h ，m a g 删的ns p _ u t t 盯如gw l l i c hi s 伍伽l d l yt 0t l l e 伽m r 咖锄临w 嬲u s e dt 0d 印o s i ti 姗o s 衄l 曲凹c ds i l v e r6 l m s o ns i l l 【f a b d c sa t r o o mt 伽1 p e r a t i l r et 0o b t a i l lm e 锄t i b a c t 耐a lp r o p e n i 铭 h lt 1 1 i sr 舔e a r c _ t l ，u s i i l gm 孵l e 仃0 ns m m 耐n g 鲫r f a c ed 印o s i t i o nt 洲q u i ew i l i c hi sg r c e n 饥诎0 n m 锄t a lp r o t e 以o ni i ll o wt 啪p e f a t u r cc o n d i 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时馏，m a 弘e 呦s p 吡耐n g ，姗n o - s i l v f i h n ，f a s 缸l 髓so f 廿1 e 硫e 一撕a l b o n d i i 玛，me c ：h a i l i c a lp r o p 硎锶 i 目录 目录 摘要i a b ；1 【；a c t i i 目j 录i 第一章绪论。l 1 1 丝织物的抗菌整理1 1 1 1 丝织物抗菌整理的原因1 1 1 2 丝织物抗菌整理的现状：l 1 2 纳米银及其应用1 1 2 1 纳米银简介1 1 2 2 纳米银的应用：2 1 3 课题研究的意义和内容3 1 3 1 国内外研究抗菌织物的现状3 1 3 2 本课题研究的意义3 1 3 3 本课题研究的内容3 第二章丝织物基纳米银薄膜的制备5 2 1 实验设备原理5 2 1 1 低温离子体原理。5 2 1 2 磁控溅射原理5 2 2 银薄膜样品的制备6 2 2 1 实验材料与试剂6 2 2 2 实验设备与仪器6 2 2 3 基材洗涤。8 2 2 4 丝织物基材的预处理9 2 2 5 纳米银薄膜沉积9 第三章丝织物基纳米银薄膜抗菌性能的研究1 1 3 1 抗菌测试方法的制定。1 1 3 1 1 抗菌测试方法概述l l 3 1 2 本课题选用的抗菌测试方法1 2 3 2 实验方法1 2 3 2 1 仪器和试剂1 2 3 2 2 培养基溶液的配置。1 2 3 2 3 实验菌种及菌种保存13 3 2 4 抗菌测试步骤1 3 3 2 5 菌落计数方法1 4 3 2 6 抗菌结果计算1 4 目录 3 3 结果与讨论1 5 3 3 1 溅射功率对抗菌性的影响15 3 3 2 溅射压强对抗菌性的影响1 6 3 3 3 溅射时间( 膜厚) 对抗菌性的影响1 8 3 3 4 样品放置时间对抗菌性的影响2 0 3 4 纳米银抗菌机理探讨2 3 3 4 1 金属离子溶出杀菌2 3 3 4 2 活性氧抗菌机理2 4 3 4 3 接触杀菌机理2 4 3 5d 、结。2 4 第四章丝织物基纳米银薄膜微结构表征与分析2 5 4 1 扫描电子显微镜表征与分析2 5 4 1 1 扫描电子显微镜( s e m ) 原理2 5 4 1 2 实验设备2 5 4 1 3 实验结果及分析2 5 4 2 原子力显微镜( a f m ) 表征及分析2 7 4 2 1 原子力显微镜( a f m ) 原理2 7 4 2 2 实验设备2 8 4 2 3 实验结果及分析2 8 4 3x 射线衍射分析( ) ( 】支d ) 3 0 4 3 1x 射线衍射仪( ) ( 】叉d ) 原理3 0 4 3 2 实验设备3 0 4 3 3 实验结果及分析3 0 4 4d 、结。3 l 第五章纳米银薄膜与丝织物基材间的结合牢度研究3 3 5 1 实验材料3 3 5 2 实验仪器3 3 5 3 实验方法3 3 5 3 1 丝织物基材的前处理3 3 5 3 2 薄膜制备3 3 5 3 3 剥离试验3 3 5 4 结果与讨论。3 4 5 4 1 溅射功率对结合牢度的影响3 4 5 4 2 溅射压强对结合牢度的影响3 5 5 4 3 溅射时间( 膜厚) 对结合牢度的影响3 5 5 5 小结。3 6 第六章镀膜前后织物物理机械性能测试3 7 目录 6 1 织物性能测试指标。3 7 6 1 1 断裂强力3 7 6 1 2 透气性3 7 6 1 3 悬垂性3 7 6 2 样品的调试与准备3 7 6 2 1 样品调试3 7 6 2 2 样品准备3 7 6 3 实验仪器3 8 6 4 实验方法一3 8 6 5 结果与讨论。3 8 6 6 刀、结。4 0 第七章结论与展望4 1 7 1 结论。4 1 7 2 展望4 2 致谢4 3 参考文献_ 4 4 附录1 7 攻读硕士学位期间发表的论文清单4 8 i l l 第一章绪论 1 1 丝织物的抗菌整理 1 1 1 丝织物抗茵整理的原因 第一章绪论 真丝织物因其质地轻柔、外观华丽、透气吸湿、滑爽舒适等特性，备受人们的青睐 【1 1 。不过由于真丝绸本身是蛋白质纤维，是霉菌和细菌的良好食料。当相对湿度8 5 以 上，温度5 5 0 ，p h 值5 以下时，霉菌在丝纤维上极易繁殖，p h 值在6 以上细菌最 易生长【2 】。因此实现真丝织物的抗菌功能化，可提高蚕丝的附加价值和市场竞争力，迎 合消费者的需求。 1 1 2 丝织物抗茵整理的现状 国内大多是采用抗菌剂进行整理加工以获得执菌性能的方法。陈文兴等人采用先把 蚕丝纤维在染料溶液中浸渍，再与铜( i i ) 离子络合的方法，制得了具有消除氨气、硫化 氢等气体和抗菌双重功能的功能性蚕丝纤维【3 】；李红等人使用整理剂s c j 9 6 3 ，交联剂 s c j 9 6 3 b 和柔软剂m a x 9 0 a 对真丝织物进行整理，确定了最佳整理工艺，整理后的织 物的抗菌性能明显改善，并具有良好的耐洗性【4 1 ；姚静对壳聚糖整理真绉织物的抗菌性 能做了研究，经壳聚糖整理后的织物的抗菌性得到提高，但其抗菌耐洗性随洗涤次数的 增加，杀菌效果下降【5 】。程友刚等人研究了纳米z i l o 分散液整理蚕丝织物的结构和抗菌 性能，经纳米乙o 处理后，桑蚕丝纤维的纵向表面出现纳米z n o 吸附，纤维内部构象 有p 化趋势，蚕丝织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为9 4 1 和9 0 9 【6 】； 刘艳等人采用汽蒸法以多胺基化合物( r s d ) 和硝酸银混合整理液对真丝织物进行处理， 对整理后的真丝织物的白度、抗茵性、耐洗性进行了测试和分析，结果表明处理后的织 物具有良好的抗菌性和耐洗性【1 1 。焦琳研究了天然染料对真丝织物的抗菌性能，将黄芩 提取液使用不同的方法处理真丝织物，得到除可以获得实用的染色牢度外，还具有一定 的抗菌功效织物【7 】o 国外对抗菌整理剂的开发也比较多，如美国、日本等。日本大相化学公司推出的防 霉防菌剂a a 一8 3 w 用量在0 1 o 5 时就对蚕丝等蛋白质纤维有显著的防霉效果。 日本开发的真丝绸有效防霉剂阿依多尔2 0 雠是有机氮硫类化合物，外观为浅茶褐色液 体，易溶于水，不含有害物质，对皮肤也没有刺激性。经处理后，真丝绸防霉效果显著 【钔。 1 2 纳米银及其应用 1 2 1 纳米银简介 纳米银就是直径小于1 0 0 纳米的金属银单质，一般在2 0 5 0 纳米。纳米银是以原 江南大学硕士学位论文 子结构组成的银粒子，而不是银离子。纳米银不带电荷，是固体粉末，是通过物理化学 方法将金属银单质加工成颗粒直径小于1 0 0 纳米的金属银单质。 把银颗粒细化到纳米级时，随着粒径的减少，表面原子迅速增加，比表面积增大故 而具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并产生奇异的力学、 电学、化学、磁学、热学、光学等特性。 银是一种广谱抗菌性杀菌材料，杀菌能力很强，在所有金属中其杀菌活性名列第二 ( 汞名列第一，但有毒、现已不用) 。然而，纳米银粒的抗菌性能远远大于传统的银离子 杀菌剂。纳米银杀菌具有以下特点： ( 1 ) 广谱性： 由于依靠银从根本上杀灭细菌，所以有广泛的杀菌功能，能杀死绝大多数细菌和真 菌，据文献报导可杀灭6 5 0 种菌。 ( 2 ) 长效性： 纳米银微粒不会一次全变成银离子，而是逐渐变成银离子，所以药效维持时间长。 曾试验将附有“纳米抗菌颗粒 的棉织物反复洗涤l o o 次后，抗菌效果不减。 ( 3 ) 亲水性： 由于纳米银微粒遇水后不会溶解流失，反而有了产生银离子的条件，所以遇水不会 影响效果，国际上在烧烫伤领域最先进的湿润疗法。 1 2 2 纳米银的应用 纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而显 示出不同于常规材料的热、光、电、磁、催化和敏感等特性。 纳米银材料具有稳定的物理化学性能，在电学、光学和催化等方面具有非常优异的 性能，可广泛应用于抗菌包装材料的改性、水果保鲜包装材料、抗菌材料、新型催化剂 材料、空气净化、低温导热材料、导电浆料、电化学传感器、电子元器件封装、医用材 料等领域，具有十分广阔的应用前景【9 】。 ( 1 ) 包装材料 孙长志发明了一种纳米复合包装材料，包括基层、纳米金属层和中间纤维层。采用 纳米铝箔层或纳米银层作为金属层，大幅度的增加了现有包装材料的抗菌性、防潮性等 性能，可用于食品、饮料、药品、卷烟等的内外包装，延长食品、药品的保鲜保质期。 ( 2 ) 抗菌材料 纳米抗菌材料在日常的纤维服装，家用电器，卫生陶瓷制品，食品包装以及建筑用 的钢板，涂料等领域取得越来越广泛的应用， ( 3 ) 催化材料 纳米银还可以用作多种反应的催化剂。w 咖i 1 1 等采用p e g ( 聚乙二醇) 和硝酸银在室 温下反应制各出耻1 0 i 吼的纳米银，并将p e g 纳米银溶胶作为催化剂与醛、炔、胺混合， 来催化此三元成分耦合反应，所得产物产率在9 0 以上。 ( 4 ) 生物材料 2 第一章绪论 用纳米银金颗粒与聚乙烯醇缩丁醛作复合酶膜基质固定葡萄糖氧化酶( g o d ) ，构建 葡萄糖生物传感器。 ( 5 ) 光学材料 纳米银可用于表面增强拉曼光谱( s e r s ) 的基质。同时，纳米银粒子由于其表面等离 子振荡吸收峰附近具有超快的非线性光学响应，科学家发现把纳米银掺杂在半导体或绝 缘体中，可以获得较大的非线性极化率，利用这一特性可以制作光电器件，如光开关、 高级光学器件的颜色过滤器等。 1 3 课题研究的意义和内容 1 3 1 国内外研究抗菌织物的现状 目前国内制各抗菌织物的主要方法有【l o 】：( 1 ) 直接采用抗菌纤维制成各类织物：( 2 ) 用抗菌剂进行后整理加工以获得抗菌性能。但均存在不足，第一种方法所得的织物抗菌 效果持久，耐洗性好，但技术含量高，难度大，涉及领域广，抗菌纤维生产过程比较复 杂，对抗菌剂要求高，而第二种方法的加工处理过程比较简单，但生产中三废多，其耐 洗性及抗菌效果持久性较差。； 国外制备抗菌织物的主要方法：( 1 ) 化学镀层、法【1 1 】：不需要高温，经济实惠，加工 会产生废液回收的环保问题，且该法除了对被镀材料有一定选择，对织物组织和纤维细 度也有所要求。( 2 ) 真空蒸发沉积法【1 2 l ：简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高等 特点，但基材和金属之间的结合力弱，工艺重复性不好。( 3 ) 磁控溅射法【1 3 ，1 4 】：薄膜纯 度高，致密性好；膜层和基材的结合牢度较强及对环境友好等等优点。由于磁控溅射技 术的这些显著优点和人们绿色环保意识的提高，其目前已在科研和生产中实际应用，主 要用于电子工业、磁性材料及记录介质、光学及光导通讯等。 1 3 2 本课题研究的意义 我国采用磁控溅射技术进行镀膜主要以非织造布为基材的研究较多，王鸿博等通过 后整理技术实现了不同材质的非织造布的纳米银抗菌功效化【1 5 】；王锦嫣等研究了不同纳 米银薄膜厚度的丙纶基非织造布的抗茵性能，同时探讨了经等离子体预处理后的非织造 布的抗菌性能得到提高( 1 6 】；赵晓燕等研究了p e t 基非织造布上制备的t i 0 2 薄膜稀土 n d 复合薄膜的抗菌性能【l 刀；王鸿博等研究了p l a 基纳米结构银薄膜厚度对p l a 基非 织造布抗菌性能的影响【1 3 1 9 1 。黄峰林等在真丝织物表面沉积了p t f e ( 聚四氟乙烯) 的疏水 性能进行了研究【2 0 l ，但未研究抗菌功能化。 一 针对这些不足，本项目将研究应用磁控溅射法于低温条件下在丝织物表面沉积纳米 结构银镀层，探索溅射工艺条件对镀层微观形态的影响规律以及镀层微观形态对抗菌性 能的影响规律，从而取得能够应用于抗菌材料的纳米银镀层的最佳制备工艺条件，并进 一步探讨纳米结构银的抗菌机理，为开发抗菌材料提供科学依据。 1 3 3 本课题研究的内容 3 江南大学硕士学位论文 本课题采用磁控溅射表面沉积技术，在丝织物表面构建纳米银镀层赋予其特殊的抗 菌性能。重点研究溅射工艺条件及放置时间对丝织物表面镀层的微观结构和化学性质的 影响，探索镀层的结构和化学性质与抗菌性能的关系，探讨银镀层的抗菌机理。同时， 研究溅射工艺参数对薄膜与基材的结合牢度的影响，利用现代测试手段，探讨薄膜与丝 织物基材的溅射结合机理等。 本课题的内容主要从以下几个方面进行探讨和研究： ( 1 ) 丝织物基材的预处理 考虑到丝织物在加工过程中会产生各种表面污染，影响在纤维表面的功能性纳米结 构的构建，为了清除纤维表面的加工污染，提高纤维与镀层材料的结合力，拟对选用的 丝织物进行预处理，拟采用低温等离子技术处理，以提高纤维与镀层材料的结合力。 ( 2 ) 丝织物纳米银膜的沉积 采用j z c l c 0 4 2 0 b 高真空多功能磁控溅射设备在纺织基材表面沉积纳米结构银镀层， 赋予其优良的抗菌性能。银镀层溅射工艺的主要控制参数有：溅射功率、溅射压强和溅 射时间( 薄膜厚度) 等。 ( 3 ) 丝织物基纳米银薄膜抗茵性能测试 含纳米银薄膜最突出的性能是其抗菌性。本课题g b 厂r2 0 0 9 4 4 3 2 0 0 8 纺织品抗 菌性能的评价第3 部分：振荡法和m 竹7 3 0 2 3 2 0 0 6 标准中对抗菌纺织品的测试方法， 选用振荡烧瓶法，选择大肠杆菌及金黄色葡萄球菌为试验菌种，对不同工艺参数下的丝 织物基纳米银薄膜样品进行抗菌性能测试。探讨不同溅射工艺对丝织物基纳米银薄膜抗 菌性能的影响，同时也探索了不同放置时间对纳米银薄膜抗菌性能的影响。最后对纳米 银抗菌机理进行了初步探讨。 ( 4 ) 丝织物基沉积纳米银薄膜微结构的表征与分析 银镀层的微观结构和化学性质是影响镀层性能的主要因素，本课题对银镀层微观结 构如镀层厚度、镀层颗粒结构、镀层的晶态结构和镀层的表面形貌等进行表征与分析。 课题中利用扫描电镜( s e m ) 观察薄膜的表面形态；原子力显微镜泔m ) 分析了纳米银薄 膜的形貌和粒径；x 射线衍射( 支d ) 测试薄膜的晶态结构，研究溅射工艺条件对镀层的 结构影响，探索镀层微观结构和抗菌性能之间的关系。 ( 5 ) 纳米银薄膜与丝织物基材间的结合牢度研究 纳米结构材料层和基体的晃面结合力的优劣直接影响其使用效果和被处理件的工 作可靠性。纳米结构材料与基材之间的结合强度主要取决于纳米结构材料与基材之间的 界面结合强度或附着力。本课题采用剥离试验测试讨论溅射工艺对薄膜与丝织物基材间 的界面结合牢度，用剥离力的大小表征纳米结构薄膜与基材之间的结合牢度。 ( 6 ) 镀膜前后织物物理机械性能测试 织物的机械性能是影响织物的使用性的重要因素。本课题主要对镀膜前后织物的断 裂强力、透气性能及悬垂系数等进行测试。 4 第二章丝织物基纳米银薄膜的制备 第二章丝织物基纳米银薄膜的制备 2 1 实验设备原理 2 1 1 低温离子体原理 等离子体是一种电离了的，处于高度激发状态的不稳定的气体。这种气体包含有电 子、离子、原子和分子，其中带正、负电荷粒子的浓度几乎相等，在宏观上呈电中性， 所以称之为等离子体。它与通常的气体不同，不服从经典的气体规则。因而称为物质的 “第四态。 等离子体按照组成它的粒子能量的大小和热力学性质可分为高温等离子体和低温 等离子体低温等离子体中又分为热等离子体和冷等离子体。高温等离子体中带电粒子的 温度可达到绝对温度几千万度到亿度。热等离子体中粒子的能量约几千度到几十万度， 通常用于需要高温作业的领域，关于冷等离子体，其粒子的温度是不相同的，其中电子 的温度从几千度到几十万度，而离子的温度与室温相差无几，正因为如此，它的应用领 域更为广泛。， 冷等离子体通常是通过气体放电使气体电离而产生的，气体放电中，气体分子和原 子吸收了外界的能量被分解和电离，成为带负电的电子和带正电的离子，形成等离子体。 常见的气体放电有电晕放电和辉光放电、介质阻挡放电、微波放电等。电晕放电的缺点，。一誓一，： 是放电的范围小、能量低且不均匀【2 l 】。介质阻挡放电的缺点是( 1 ) 介质阻挡放电由一些放 电细丝组成，难以对材料表面进行均匀处理；( 2 ) 放电细丝很小但电流密度很大，可以使 介质或试品表面烧蚀或穿孔。辉光等离子体是均匀放电，粒子的能量密度合适，在不损 伤基体的前提下，赋予材料表面新的性能，因而辉光放电被广泛用于各种无机材料、金 属材料、高分子材料和各种化纤纺织品、毛纺织品、纤维和无纺布等材料的表面处理中 【2 2 1 。 2 1 2 磁控溅射原理 射频磁控溅射法是在靶阴极内侧装永久磁铁，并使磁场方向垂直于电场方向，以便 用磁场约束带电粒子的运动。磁控溅射的原理如图2 1 所示【2 3 1 ，电子p 在电场e 作用下， 在飞向衬底的过程中与氢原子发生碰撞，使其电离出斛和一个新的电子e ，电子飞向 衬底，斛在电场的作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。 在溅射粒子中，中性的靶原子或分子则沉积在衬底上形成薄膜。二次电子p 一旦离开靶 面，就同时受到电场和磁场的作用。 从物理学中可知处在电场e 和磁场曰正交的电子，其运动方程为： d ye 、 石= i 万而 似j ) 5 江南大学硕士学位论文 图2 1 磁控溅射工作原理 f i g 2 - lw o d 【s c h 锄撕co f m a g n e n o n 驯仕e 血g 式中p 和m 分别是电子的电量和质量，电子的运动轨迹是以轮摆线的形式沿着靶子 表面向承召的方向前进。二次电子在环形磁场的控制下，运动路径不仅延长，而且被束 缚在靠近靶表面的等离子体区域内，增加了同工作气体分子的碰撞几率，在该区中电离 出大量的斛离子用来轰击靶材，从而实现了磁控溅射沉积速度高的特点。随着碰撞次 数的增加，电子的运动被束缚在一定的空间内，从而大大的减少了电子在容器壁上的复 合损耗。由于电子p 每经过一次碰撞损失一部分能量，经多次碰撞后，电子e 丧失了能 量成为“最终电子进入离阴极靶面较远的弱电场区，最后到达阳极时已经是能量消耗 殆尽的低能电子，也就不再会使衬底过热，因此衬底温度可大大降低。同时高密度等离 子体被磁场束缚在靶面附近，又不与衬底接触，这样电离产生的正离子能十分有效的轰 击靶面，而衬底又可免受等离子体的轰击，因而衬底温度又可降低。此外，由于工作气 压降低至零点几帕，减少了对溅射出来的原子或分子的碰撞，故提高了沉积速率。这样， 磁控溅射就有效地解决了阴极溅射中衬底温度升高和溅射速率低两大难题。同时，我们 还利用了射频匹配网络来增强辉光放电，从而更加有效地产生等离子体。通过离子束轰 击靶而使固体物质从表面弹射出来，在基板表面沉积形成薄膜【2 4 】。 2 2 银薄膜样品的制备 2 2 1 实验材料与试剂 织物规格：桑蚕丝，平纹组织，幅宽：1 1 4 c i i l ，经纬密：5 1 4 4 1 8 根1 0 c l i l ； 银( a g ) 靶材( 纯度9 9 9 9 9 ；耷5 0 i l 姗) ； 丙酮：纯度 9 9 5 ( 国药集团化学试剂有限公司) ； 保鲜膜( 无锡市一品鲜纸塑制品厂) 2 2 2 实验设备与仪器 ( 1 ) 低温等离子设备 6 第二章丝织物基纳米银薄膜的制备 本实验所用的h d 1 a 型冷等离子体改性设备是采用电容式耦合辉光放电产生冷等 离子体对材料表面进行改性，s y 型射频电源频率1 3 5 6 mh z 。本设备主要有五部分组 成：真空反应室；真空系统及真空测量设备；充气系统及气体流量测量设备；放电系统 和射频电源；设备电路控制系统。 h d 1 a 型冷等离子体改性设备用于纤维表面处理实验步骤如下： 1 、预先将外电极或内电极与射频电缆相连。 2 、将实验样品放入反应室后，关闭反应室盖板和全部真空阀门，启动机械泵，预 抽真空。 3 、打开电源低压开关预热5 分钟。 4 、打开热偶真空计，测量真空度。 5 、真空度达到所需值后，打开充气阀门，通过转子流量计上的调节阀，调节充气 量到所需值或预调质量流量计的控制流量。 6 、接通i 强放电电源开关。 ：，7 、反复调节匹配电容c 1 和c 2 使反射功率减少到最小。同时板流约1 眦( 在板 压为4 5 0 v 时) 。切忌反射功率太大，否则易损机件。 8 、调节放电功率，进行辉光放电，并计放电时间。 实验结束后，依序如下操作： 1 、关闭i 疆电源( 先将功率调回到零，再依次关闭电源开关) 。 2 、关闭机械泵。 3 、打开放气阀门，缓慢放气，当反应室内处于大气压后，再打开反应室盖板，取 出样品。 ( 2 ) 磁控溅射设备 本实验所用的j z c k 一4 2 0 b 高真空磁控溅射镀膜设备，该设备是一种多功能磁控溅 射镀膜设备，可以采用单靶独立、双靶轮流或组合共溅工作模式，射频直流兼容，溅射 方向由下向上，向心溅射。要由以下四大部分组成： 1 、真空反应室 真空反应室是产生等离子体和溅射沉积反应的部位，主要由阴极和阳极两个电极、 烘烤照明灯管、水冷却管道、进气管等组成。 2 、抽真空部分 主要由机械泵、分子泵组成。机械泵极限真空度为2 p a ，分子泵的极限真空度为 5 1 0 5 p a 。 3 、电路控制部分 主要由p l c 控制系统、复合真空计、流量显示仪、f t m v 膜厚监控仪等部分组成。 其中f 1 m v 膜厚监控仪由主机、探头、晶体振荡器三部分组成，主机核心是单片微机， 监控仪在c p u 控制下，实现对数据采集、计算、显示等操作。探头内安装一片6 m h z 测厚晶片，它通过同轴电缆与晶体振荡器的输入端相连，与振荡器的前级构成一个完整 输入回路并产生6 m h z 振荡频率，该振荡讯号经放大后，再通过同轴电缆与主机的探头 7 江南大学硕士学位论文 座相连。在镀膜过程中，晶片表面就不断获得介质或金属沉积材料，使得晶片表面逐渐 变厚，导致振荡频率渐渐下降。主机通过传输过来的不断变化频率信号送到频率采样转 换器内，通过一系列整形，计数以一定时序送到c p u 总线上，c p u 再经过一系列计算 后，将频率变化量转换成对应的厚度变量，并将该数据通过显示接口到显示屏上显示。 当计算厚度与预置的厚度相一致时，膜厚仪就停止采集频率，并在显示屏上显示“镀膜 结束 ，并指示出镀膜结束后的实际厚度及振荡频率。 j z c k 一4 2 0 b 型高真空磁控溅射设备适用于镀各种单层膜、多层膜以及掺杂膜等。 其镀膜实验步骤如下： l 、打开冷却水源和总电源开关，启动设备稳定后慢慢打开进气阀，至不再进气时 打开复合真空计，等1 分钟左右，开启真空室盖子； 2 、装上准备好的靶材和基材，关闭真空室盖