Novastrat型透明聚酰亚胺薄膜质子和电子辐照效应

发布时间：2020-03-19 12:11

【摘要】：本文以Novastrat型透明聚酰亚胺(PI)薄膜在空间薄膜相机上的应用为背景,利用空间带电粒子辐照模拟设备,进行了120keV质子和100keV电子辐照试验,总结了辐照条件下PI膜的光学及力学性能变化规律,采用FTIR和XPS手段分析了PI膜分子内部分基团的变化,并结合拉曼光谱、SEM、EPR及XRD等方法,揭示了PI膜的辐照损伤微观机理。辐照试验表明,在质子辐照下,PI膜在可见光波段的光谱透过率随辐照注量的增加而降低,当注量达到4E15cm~(-2)时,500nm附近的透过率下降24%,平均透过率下降9.387%;通过SEM观察发现,质子辐照后PI膜表面不再平整,出现较多的褶皱,宏观缺陷增加;同时,PI膜的力学性能明显退化,拉伸强度由278MPa下降至115MPa,断裂延伸率由11%下降至4.0%。电子辐照对PI膜光学性能和力学性能的影响明显弱于质子辐照,当束流密度为1E12cm~(-2)/s时,光谱透过率随注量增加单调下降。通过SEM对PI膜拉伸断口分析发现,质子辐照PI膜表面形成了明显的分层现象,质子影响区域与基体间存在大量微裂纹,而且该区域与基体断裂是不同步的。利用DSC、FTIR、XPS及拉曼光谱综合分析表明,在质子射程范围内,质子辐照破坏了PI分子结构中的羰基、醚键、C-F键和酰亚胺环,继而生成O=C=O基团等众多不饱和基团,使表层发生碳化。XRD分析显示,碳化层中存在似于C_(13)N_(14)H_8晶体的结构,这种分层结构抗层间撕裂能力较弱,导致力学性能大幅下降;由于电子射程远大于膜厚,辐照后不会形成分层结构。SEM拉伸断口观察发现,镜面区、雾状区和粗糙区面积变小,排布密度增加。综合分析表明,电子辐照造成分子链醚键和羰基断裂,在PI膜内生成大量热解碳自由基,然后通过自由基反应使分子链发生降解,同时生成O=C=O基团。
【图文】：

薄膜,耐电晕,耐电晕性,杜邦公司

图 1-1 CPI 薄膜在柔性印刷电路板(FRCB)上的应用[6]1.2.2 耐电晕聚酰亚胺薄膜电晕放电是破坏电子元器件的重要原因之一，由杜邦公司生产的 KaptonCR 系列薄膜是最早推向市场的耐电晕 PI 薄膜，目前，杜邦公司公开了一种耐电晕 PI 薄膜的制备专利：首先使用纳米级的气相氧化铝与溶剂混合均匀，再与制备好的聚酰胺酸溶液共混，通过高温亚胺化得到耐电晕 PI 薄膜，这种薄膜绕制的线圈具有优异的耐电晕性能，耐电晕寿命是传统 PI 膜的 10 倍以上[7]。钟渊化学公司的栗林荣一郎等公开了一种耐电晕性能优异的 PI 制造专利，其表面层叠导热系数均在 2W/(m k）以上，层叠结构的电阻小于 1013Ω，体积电阻率大于 1012Ω/m3，这种 PI不仅耐电晕，而且导热性能高，降低材料热老化速率，甚至其表面电阻和体积电阻率能根据工艺的不同调整到特定值，可以保证薄膜的绝缘性能，其具体方法是在膜上加镀层，，如在 25 μm 的 Apical AH 薄膜上真空蒸镀上一层 1000 的二氧化硅，室温状态下施加 60Hz、1.6 kV 电压，与普通未加镀层的薄膜相比，耐电晕时间由40 min 提高至 150 min[8]。冯宇等将 TiO颗粒掺入到 PI 膜中制成耐电晕 PI 薄膜，

聚苯胺,聚酰亚胺,接枝,分子式

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文聚苯胺，该聚合物结构图 1-2，该聚合物的导电率与接枝聚苯胺的链长有关，2.96～16.20 S/cm 之间[10]。Pengxia Lv 等将聚酰亚胺纤维掺入聚苯胺中制得导电合材料，电导率沿纤维轴方向明显[11]。除了与导电聚合物材料复合之外，还有人试与无机导电材料复合制成导电薄膜，例如 John M. Kinyanjui 等采用将炭黑与酰亚胺溶液混合的方法制备导电聚酰亚胺薄膜，他们也另外在聚酰亚胺薄膜表沉积铂薄膜制成复合导电薄膜，这两类材料的热稳定较好[12]。杨莹采用原位聚法，将导电片状镍粉（CFNP）作为填料掺杂入聚酰亚胺中，并对其改性值得链镍粉-PI 复合材料，并对其进行了工艺研究，结果发现，当链状镍粉质量分数为 17时，复合薄膜性能最佳[13]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O633.22;TB383.2

【参考文献】