PI基底表面金薄膜导电、导热性能的研究

发布时间：2020-07-04 15:33

【摘要】：随着柔性可穿戴电子设备逐渐向微型化、高度集成化的方向发展,以聚合物为基底的金属纳米薄膜柔性导电材料逐渐在柔性电子领域中得到应用。金属纳米薄膜的导电性能、导热性能与设备的发热量、散热能力密切相关。如果金属纳米薄膜的导电性能与导热性能较差,会引起其发热量的增加与散热能力的衰减,将大大增加电子设备的能耗,且不利于设备的稳定运行。因此,金属纳米薄膜的导电性能与导热性能逐渐成为国内外学者研究的焦点。而基底材料的种类与对基底的加热过程会影响其表面的物理性质,从而对金属薄膜的导电性能、导热性能产生一定的影响。本文使用磁控溅射镀膜技术在PI基底表面制备出平均厚度为6.4 nm的金薄膜,并使用瞬态电热(TET)技术研究了基底种类、基底的加热时间与加热温度对表面金薄膜面内方向导电性能、导热性能的影响。在总结实验规律的基础上,使用MS模型定量地分析了金薄膜中的电子晶界散射对其导电性能、导热性能的影响。主要结论如下:(1)采用瞬态电热技术测量出PI薄膜与PI纤维表面6.4 nm金薄膜面内方向的导电系数、导热系数与洛伦兹数。结果发现金薄膜的导电、导热系数远低于其体材料,具有较强的微尺度效应。与其它柔性基底作对比,发现PI薄膜基底表面的金薄膜具有最强的导电性能与导热性能,最适合作为基底材料应用在柔性电子的领域中。由于电子晶界散射的影响,PI纤维基底表面的金纳米薄膜中的声子导热增强,导致薄膜面内方向的导电性能与导热性能不再满足传统的WF定理,因此金薄膜面内方向的洛伦兹数远大于其体材料的值。(2)当对PI薄膜基底的加热时间设定为1 h时,随着加热温度从50℃逐渐上升到200℃,金薄膜面内方向的导热系数、导电系数呈逐渐下降的趋势,且其数值均小于未经加热基底表面金薄膜的导电、导热系数。由于此时金薄膜内声子导热占总导热的比例比较小,导致电子晶界散射对金薄膜面内方向导电、导热性能的影响相似。因此,金薄膜面内方向的洛伦兹数始终变化不大。(3)当加热温度为200℃时,随着加热时间从0 h逐渐上升到6 h,金薄膜面内方向的导热性能与导电性能均呈先下降、然后上升的趋势,并在加热6 h后趋于稳定。加热时间在6 h之前,金薄膜导电系数与导热系数的变化趋势与幅度相似,导致其洛伦兹数始终变化不大,且与体材料值接近;但是随着加热时间达到6 h之后,金薄膜内的声子导热在总导热中所占的比重大大增加,使得金薄膜导电性能的衰减幅度大于其导热性能的衰减幅度,最终导致金薄膜面内方向的洛伦兹数增大,远大于其体材料值。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2

【参考文献】