磁控溅射法制备铜薄膜及其超疏水表面改性研究

发布时间：2017-04-16 05:23

  本文关键词：磁控溅射法制备铜薄膜及其超疏水表面改性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：润湿性是大自然中存在的固有特性,对人们的生活和生产具有重要影响。超疏水材料因为其自清洁性能、防腐蚀性能越来越得到人们的广泛关注。目前,制备超疏水铜表面的方法有很多种,但利用磁控溅射法来制备超疏水铜表面的研究几乎未见报道。 利用磁控溅射法在玻璃基底上制备Cu薄膜,研究溅射时间、溅射功率和溅射压强对Cu薄膜润湿性能、结构和形貌的影响。结果表明,溅射工艺参数的变化对Cu薄膜的结构、形貌、润湿性能和粗糙度产生显著影响。同时,采用磁控溅射法在陶瓷、玻璃和石英基底上制备Cu薄膜,结果发现不同材质和粗糙度的基底上制备的Cu薄膜其润湿性能不同。 在铜片上自组装正十二硫醇单分子膜(SAMs),研究SAMs对铜片的润湿性能影响,结果表明正十二硫醇在铜片表面自组装后铜片表面接触角从77°变为117°。此外,对铜片预处理后再自组装正十二硫醇单分子膜,SAMs/铜片疏水性能更好。 以磁控溅射法制备的Cu薄膜为基板,自组装正十二硫醇单分子膜,研究溅射工艺和基底材质对SAMs/Cu薄膜表面的润湿性能影响。结果表明,溅射工艺的变化对SAMs/Cu膜/玻璃基底表面的接触角影响不大,都在108-120°之间。而SAMs/Cu膜/石英基底表面和SAMs/Cu膜/陶瓷基底表面接触角分别为114.5°和129.79°,说明基底的材质影响SAMs/Cu膜的润湿性能。 通过改变溅射工艺,在草酸溶液预处理过的铜片表面沉积Cu薄膜,后经正十二硫醇修饰成功制得接触角约为151°,滚动角为4°超疏水铜表面,且所制得超疏水铜表面在空气和水中有良好的抗腐蚀性能。
【关键词】：磁控溅射 铜薄膜 自组装 正十二硫醇 超疏水
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O614.121
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 润湿性能8-12
• 1.1.1 接触角定义与Young's方程8
• 1.1.2 Wenzel模型8-9
• 1.1.3 Cassie-Baxter模型9-10
• 1.1.4 Cassie-Baxter与Wenzel过渡态10
• 1.1.5 接触角滞后10-11
• 1.1.6 滚动角11-12
• 1.2 超疏水表面12-13
• 1.3 超疏水表面的制备方法13-16
• 1.3.1 机械加工法13
• 1.3.2 电化学法13-14
• 1.3.3 溶胶-凝胶法14
• 1.3.4 刻蚀法14-15
• 1.3.5 气相沉积法15
• 1.3.6 静电纺丝法15
• 1.3.7 模板法15-16
• 1.3.8 纳米管阵列法16
• 1.4 本文的研究目的与内容16-18
• 2 薄膜的制备方法及性能分析18-23
• 2.1 磁控溅射沉积薄膜的原理18-19
• 2.2 本实验所用仪器简介19-20
• 2.3 Cu薄膜制备工艺20-21
• 2.4 薄膜的表征手段21-23
• 2.4.1 接触角测试仪21
• 2.4.2 X-射线衍射仪21-22
• 2.4.3 扫描电子显微镜22
• 2.4.4 傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪22
• 2.4.5 原子力显微镜22-23
• 3 射频磁控溅射法制备Cu薄膜23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 实验材料和仪器23
• 3.3 Cu薄膜制备23-24
• 3.3.1 不同工艺参数下Cu膜的制备23-24
• 3.3.2 不同基底上Cu膜制备24
• 3.4 Cu膜的表征24-34
• 3.4.1 不同溅射压强下制备Cu膜的结构和形貌24-27
• 3.4.2 不同溅射功率下制得Cu膜的结构和形貌27-31
• 3.4.3 不同溅射时间下制得Cu膜的结构和形貌31-33
• 3.4.4 不同基底上制得Cu膜表征33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 铜片和Cu薄膜表面的自组装硫醇膜制备及其润湿性能35-45
• 4.1 引言35-36
• 4.2 实验试剂与仪器设备36
• 4.3 铜片表面自组装膜的制备及表征36-38
• 4.3.1 铜片上硫醇自组装膜的制备37
• 4.3.2 FTIR表征37
• 4.3.3 接触角表征37-38
• 4.3.4 交流阻抗谱测试38
• 4.4 正十二硫醇在Cu薄膜上的自组装38-42
• 4.4.1 自组装时间对Cu薄膜表面水接触角影响38-40
• 4.4.2 不同工艺参数下制备Cu薄膜40
• 4.4.3 Cu薄膜上硫醇自组装膜的制备40
• 4.4.4 接触角表征40-42
• 4.5 不同基底上硫醇自组装膜42-44
• 4.5.1 不同基底上硫醇自组装膜的制备42
• 4.5.2 接触角表征42-44
• 4.6 本章小结44-45
• 5 超疏水铜表面的制备45-56
• 5.1 引言45
• 5.2 实验试剂和仪器45
• 5.3 铜片表面预处理后自组装硫醇膜45-46
• 5.3.1 铜片表面预处理46
• 5.3.2 接触角表征46
• 5.4 SAMs/Cu膜/铜片超疏水表面制备及表征46-49
• 5.4.1 超疏水表面的制备46-47
• 5.4.2 XRD表征47
• 5.4.3 接触角表征47-48
• 5.4.4 FESEM表征48-49
• 5.5 SAMs/Cu膜/铜片超疏水表面性能49-52
• 5.5.1 超疏水表面粘附性能49-50
• 5.5.2 超疏水表面抗腐蚀性质的研究50-52
• 5.6 溅射时间对SAMs/Cu膜/铜片表面润湿性能影响52-53
• 5.6.1 Cu薄膜制备52
• 5.6.2 接触角表征52
• 5.6.3 FESEM表征52-53
• 5.7 溅射功率对SAMs/Cu膜/铜片表面润湿性能影响53-54
• 5.7.1 Cu薄膜制备53
• 5.7.2 接触角表征53-54
• 5.8 溅射压强对SAMs/Cu膜/铜片表面润湿性能影响54-55
• 5.8.1 Cu薄膜制备54
• 5.8.2 接触角表征54-55
• 5.9 本章小结55-56
• 全文结论56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64

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本文编号：310106