APTMS改性聚合物表面制备高结合力银镀层及其应用

发布时间：2020-03-25 09:43

【摘要】：银作为一种贵金属材料,由于其具有优良的延展性、导电导热性、催化活性和生物抗菌性能,被广泛地应用于电子设备、催化剂和生物抗菌等领域。在聚合物表面覆盖一层银,可以同时兼顾银和聚合物的特点,有效降低金属银的使用量,从而有效地降低成本。在本文中,选用化学镀的方法在聚乙烯(PE)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)这两种不同的聚合物表面沉积一层金属银镀层,并将其分别用于生物抗菌器件和柔性电极应用中。为了保证在长期使用过程中聚合物表面银镀层依然能够保持良好的功效,必须提高银镀层与聚合物基体表面之间的结合力,为此采用3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)对两种聚合物表面进行化学改性。在表面改性过程中,APTMS会部分会发生自聚反应形成低聚物,形成的低聚物与聚合物基体表面羟基化处理后形成的羟基发生脱水缩合反应,最终在聚合物表面形成一层很薄的自组装单分子层(SAMs),并且在SAMs与聚合物表面之间形成共价键。经APTMS改性后的样品在敏化活化反应处理后,在SAMs上生成具有催化活性的Pd金属颗粒,通过XPS分析证实,生成的Pd颗粒与聚合物表面SAMs上的端氨基之间形成了化学键。在化学镀银反应过程中,Pd颗粒作为催化活性中心,引发银颗粒在聚合物表面沉积,从而形成一层均匀的银镀层,所形成的银镀层与在Pd颗粒之间以金属键连接。因此经过APTMS改性后,聚合物基体可以与银镀层之间通过连续的化学键相连,这种连续的化学键连接方式替代了未经过表面处理时的分子间作用力连接方式,进而有效地提高了聚合物基体与银镀层之间的结合力。利用剥离试验定性、定量地测量银镀层与聚合物之间的结合力,结果表明:相比于没有经过表面处理的样品,经过APTMS表面改性后,聚合物与银镀层之间的结合力提高了23倍。经过抗菌实验测试,结果表明:具有高结合力的银镀层在PE表面表现出了优异的抗菌性能,为将来利用银作为一种抗菌材料应用在宫内节育器(IUD)方面奠定了良好的基础。利用拉伸测试来测量在一定的拉伸形变下,PDMS表面银镀层的电阻值变化,拉伸结果表明:经过表面化学改性后,PDMS表面的银镀层在10%的拉伸形变下,经过上百次拉伸循环后依然可以保持稳定的电阻值变化,且在30%拉伸形变下,银镀层依然能够保持完整形貌而没有明显裂纹,优异的抗拉伸性能保证了PDMS表面的银镀层可以用于柔性电极应用中。
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原理图,溅射沉积,原理

图 1-1 溅射沉积原理Fig 1-1 Mechanism of sputter deposition1.1.2 化学气相沉积化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)是一种在高温条件下发生的气反应，可以利用金属、金属卤化物和碳氢化合物等材料在高温下发生分解，然后通入氢气对分解的材料进行还原，，从而析出得到想要的金属、碳化物和氧化物这些材料这项技术可以用来精制提纯金属、半导体薄膜和粉末等材料，这项技术具有以下特点：（1）在较低的温度条件下合成熔点较高的材料；（2）可以根据自己的需求获多晶和单晶材料；（3）除了在片状的基体表面形成薄膜，还可以在粉末颗粒表面积上一层薄膜。Bahlawane,N 等人[9]利用 CVD 技术，采用 AgNO3作为前驱体，在精的协助条件下，在基体表面制备出高品质、高纯度的 Ag 薄膜。虽然化学气相沉技术具有能够在较低的温度条件下制备得到高熔点的金属的优点，但是 CVD 反应还

活化过程,敏化,机理,金属银

图 1-2 敏化活化过程机理图Fig 1-2 Mechanism of sensitization and activation process3 聚合物表面化学镀银的应用由于金属银具有诸多优异性能，如优异的抗菌性和导电性，在聚合物表面化学镀以利用金属银的这些性能，这样既可以减少金属银的使用，又可以发挥聚合物的。3.1 银的抗菌原理众所周知，金属银作为一种优秀的广谱抗菌材料，具有十分悠久的抗菌应用历从古至今，人类就利用金属银制作各种盛放食物的器具，使食物得到保鲜和防腐效，从而使食物能够长期储存。除了应用于食物杀菌方面，金属银也广泛应用于
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB306

【参考文献】