常压等离子体技术在表面功能化与材料制备中的应用研究

发布时间：2017-12-18 03:21

  本文关键词：常压等离子体技术在表面功能化与材料制备中的应用研究

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【摘要】：随着材料科学与柔性电子器件的快速发展,开发各种高产出、低成本、便携式、可应用于柔性器件的材料制备与表面功能化的新型工艺,是目前亟待解决的热点问题。等离子体已经在材料科学与集成电路制造工艺中获得广泛应用。由于传统的等离子体沉积与改性设备多是在低压下工作,需要专门的真空设备来维持其工作环境,导致设备价格高昂、运行成本较高,限制了等离子体的应用范围。少量的基于常压的等离子体表面改性工艺,主要针对材料的大面积改性,针对材料的图形化改性,则需要掩膜工艺实现。本文根据常压等离子体的主要特点,分别选用了目前热点的常压等离子体射流喷枪及表面介质阻挡放电等离子体,结合等离子体材料沉积与表面改性,探索了基于常压等离子射流喷枪的等离子体材料沉积与传感器制造工艺,以及基于SDBD等离子体表面改性与原位沉积工艺,以实现传感器的高效率、低成本的制造工艺与PI衬底的图形化表面改性。主要研究内容包括:第一,利用APPJ实现了 ZnO半导体薄膜的简单、快速制备。实验中用硝酸锌作为前驱物,以气溶胶辅助法,在氮等离子体的退火作用下,成功实现了 ZnO薄膜的制备。以此为基础构建了新型湿度传感器。对不同性能ZnO的表征分析及湿度传感器性能测试结果表明,APPJ可以常压环境中选择性地形成固态薄膜,在roll-to-roll的传感器的制备工艺中具有广阔的应用前景。第二,在DBD等离子体的研究基础之上,着重探讨了基于表面微放电的介质阻挡放电(SDBD)等离子体发生器的实现。制备了可用于材料表面除菌、改性等的SDDB等离子体发生器。设计不同电极形貌的等离子体发生器,对其等离子体分布、等离子体耗散功率以及温度特性进行比较分析。结果表明,不同的电极形貌具有不同的等离子体分布形式,等离子体的耗散功率可以通过放电区域的有效面积比来调节,经光谱分析计算得到激发出的非平衡等离子体的电子温度约为15785K,远高于等离子体温度。第三,结合SDBD的研究成果,探讨了等离子体的图形化改性工艺,即等离子体印章印刷技术。应用图形化SDBD等离子印章对PI表面进行处理,研究了PI表面亲水性与表面能与处理时间的关系。研究了阵列中不同单元尺度对于SDBD等离子体放电均匀性的影响,初步得到等离子体印刷的最小尺度。此外,应用基于SDBD的等离子体印章技术,成功实现了在PI表面的快速图形化改性。第四,探索了基于SDBD增强的材料原位沉积。利用等离子体的退火特性成功实现了 PI表面的ZnO材料原位沉积。以构建新型湿度传感器为例,探讨SDBD等离子体在柔性电子器件领域应用的可行性。本论文所探讨的相关技术,对于未来的等离子体在材料制备、新型柔性电子器件以及材料表面的无掩膜图形化改性领域具有重要的参考价值。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN304.21;TP212;O539

【参考文献】

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1 徐骁雯;基于柔性PI衬底的加热型传感器/阵列相关技术研究[D];华东师范大学;2016年

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本文编号：1302612