聚合物表面紫外臭氧改性研究及座舱盖电磁屏蔽膜层的制备

发布时间：2020-05-19 20:45

【摘要】：随着光电系统的发展,透明导电材料由于其优异的光电性能在显示器、太阳能电池和建筑涂层等领域得以广泛应用,同时作为窗口除雾的加热电极和降低雷达散射截面积的电磁屏蔽薄膜在航空航天领域的光学窗口起着至关重要的作用。座舱盖作为飞机的光学窗口不仅要承载座舱内外的压差载荷与鸟撞和高速飞行气动热的结构需求,还要能够减小电磁波的散射实现隐身效果。由于座舱盖基底是聚合物且是曲面形状,因此需要在低温下制备具有一定韧性的薄膜,同时保证透过率和电磁屏蔽效率,因此在当前透明导电薄膜体系中只能选择金属与金属氧化物复合型薄膜来实现。然而金属薄膜与聚合物之间较差的结合力也是目前透明导电薄膜应用领域中急需解决的问题。针对上述问题,本文采用紫外臭氧改性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)来提高金属薄膜与聚合物之间的结合强度。通过AFM、ATR-FTIR和表面水接触角等表征手段从表面形貌、官能团和亲水性几个方面入手对改性机理做出解释。采用金(Au)膜与氧化钛(TiO_2)薄膜的复合结构作为座舱盖电磁屏蔽薄膜,研究了Au膜厚度与透过率和电磁屏蔽效率之间的变化关系,发现纳米厚度的微小改变将引起薄膜性质上的明显变化。利用射频磁控溅射在不同氧气流量条件下制备了TiO_2薄膜,并对薄膜的微观形貌、化学成分、透过率和硬度等性能进行分析研究。得到在功率为100W,氩气流量20sccm,溅射气压1.5Pa的条件下,7sccm的氧流量是制备TiO_2薄膜的最佳气体参数。最后在对复合型薄膜透明导电机理分析的基础上,采用椭偏光谱仪拟合计算薄膜的光学常数。分别采用TiO_2/Au/TiO_2结构和Au/TiO_2结构在PMMA基底上制备电磁屏蔽薄膜并测试了光/电性能。结果表明,Au/TiO_2结构在~11/30nm时薄膜样品平均透过率达到~71%,电磁屏蔽效率低于-20dB。相比前一种结构透过率提高了~5%,且可以解决直接在PMMA表面沉积TiO_2薄膜带来的雾化问题,同时简化了制备工艺。
【图文】：

电阻率可以达到 10-6 cm量级，可以使薄膜在几十纳米面电阻，这对电磁波具有很好的电磁屏蔽作用，，因此也被域的光学玻璃窗口。 世纪末提出透明导电材料以来，科学家首先通过热蒸发。由于较高的电子密度，金属在室温下具有最高的电导率其表面结构和形核相关，这恰恰与膜厚有很大的关联性，膜呈现“岛状”形貌结构。金属薄膜厚度对面电阻和透过厚小于 20nm 时，由于衬底和晶界表面电子的散射导致小于 10nm 时薄膜光学透明度显著改善，但是电学性能却在有机光伏电池中研究了由超薄无图案金属膜组成的透薄膜厚度与面电阻的关系（见图 1-1），并从光/电模型和和薄膜厚度。从图中我们可以看出，金属薄膜的面电阻随数形式增大，在 10nm 左右时面电阻可以达到 10 /，或许是一个很不错的结果，但是对于电磁屏蔽薄膜此时基求的最大面电阻。

图 1-2 厚度为 6 nm 的银金和铜薄膜沉积于玻璃的透过率[18]属网栅金属薄膜具有极其优异的电学性能，但是透光性较差的特性限人们想到将金属薄膜做成网栅结构来提高透过率。金属网栅透膜的面积有关，同时导电性能没有发生较大的变化，这使金属并延用至今。
【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】：2019
【分类号】：V223.1

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本文编号：2671457