有机硅薄膜制备技术进展
薄膜材料的制备和应用领域
薄膜材料的制备和应用领域近年来，薄膜材料在各个领域的应用越来越广泛，如电子、光学、能源等。
薄膜材料的制备技术也在不断发展，以满足不同领域对材料性能与应用需求的不断提高。
一、薄膜材料的制备技术当前，主要有以下几种薄膜制备技术被广泛应用于工业生产和科研实验中。
1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积技术是将固体材料在真空环境下以蒸发、溅射等方式转化为气体，然后在衬底表面沉积成薄膜。
此技术具有较高的原子沉积速率、较小的晶粒尺寸和良好的附着力，可用于制备金属、合金和多层膜等。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积技术是通过气相反应将气体分解并生成固态产物，从而在衬底表面沉积形成薄膜。
因其制备过程在常压下进行，能够实现批量制备大面积均匀薄膜，因此被广泛应用于硅、氮化硅、氮化铝等材料的制备。
3. 溶液法溶液法是将材料溶解于适当的溶剂中，然后利用溶液的性质，在衬底上形成膜状材料。
溶液法制备工艺简单、成本较低，适用于生物陶瓷、无机膜、有机膜等材料的制备。
4. 凝胶法凝胶法是在溶液中形成胶体颗粒，然后通过凝胶化的方式得到凝胶体系，再经由热处理、晾干等工艺制得薄膜。
凝胶法可制备出具有较高孔隙度和较大比表面积的纳米级多孔膜材料，适用于催化剂、分离膜等领域。
二、薄膜材料在电子领域的应用随着电子领域的快速发展，薄膜材料作为电子器件的关键组成部分，扮演着越来越重要的角色。
薄膜材料在半导体器件中的应用，如金属薄膜作为电极材料、氧化物薄膜作为绝缘层材料、硅薄膜作为基板等，不仅能够提高电子器件的性能，还能够实现器件的微型化和集成化。
此外，薄膜材料在光电显示技术中也有着广泛应用。
以液晶显示技术为例，通过在衬底上沉积液晶薄膜和驱动薄膜，实现了显示器的高清、高亮度、高对比度等特性。
三、薄膜材料在能源领域的应用薄膜材料在能源领域的应用主要体现在太阳能电池和燃料电池方面。
太阳能电池中的薄膜材料主要是用于吸收太阳能并进行光电转换的薄膜层。
有机硅生产技术
有机硅生产技术有机硅是一种含有硅碳键的合成高分子材料。
其独特的性质使其被广泛应用于化工、医药、电子、电力等领域。
本文将介绍有机硅的生产技术，包括原理、工艺流程、设备和产物等方面。
原理有机硅的生产原理是对有机硅单体进行聚合反应。
有机硅单体是指含有硅氧键或硅碳键的单体化合物，例如：聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅烷等。
这些单体可以通过化学反应稳定地聚合形成有机硅高聚物。
有机硅的生产过程需要用到催化剂，通常采用有自由基特征的氧化物或氯化物作为催化剂，如过氧化苯甲酰或氯化癸烷等。
工艺流程有机硅的生产工艺包括单体制备、聚合反应、干燥、筛分和包装几个步骤。
下面是一个基本的有机硅生产流程：1.单体制备：通过化学反应制备有机硅单体，得到单体溶液。
2.聚合反应：将单体溶液加入反应釜中，并加入催化剂启动聚合反应，经过一定时间的加热、搅拌、养晒等工艺操作，使单体聚合成有机硅高聚物。
3.干燥：将聚合后的有机硅高聚物放入烘箱中，进行干燥处理。
4.筛分：将干燥后的有机硅高聚物进行筛分，去除杂质和粉尘。
5.包装：将筛分后的有机硅高聚物装入包装袋中，完成整个生产流程。
设备有机硅生产过程中需要用到的设备如下：1.反应釜：用于储存反应物和催化剂，并启动聚合反应。
2.烘箱：用于对聚合后的有机硅高聚物进行干燥处理。
3.筛分机：用于去除杂质和粉尘。
4.包装机：用于将有机硅高聚物装入包装袋中。
以上几种设备都需要具备一定的耐腐蚀性和温度控制性能。
产物有机硅生产的主要产物是有机硅高聚物。
这些高聚物具有很强的黏合力、加工性、耐化学腐蚀和防水防潮性等特点。
它们可以被制成各种形状和规格的制品，如：硅橡胶、硅树脂、硅脂、硅藻土等。
除了有机硅高聚物外，有机硅生产的副产物还有一些含硅单体和一些未聚合的单体。
这些副产物有时也可以作为其他工业材料的原料，如：硅油、催化剂等。
有机硅是一种非常有价值的材料，其生产技术也是非常重要的。
通过本文的介绍，我们可以了解到有机硅的生产原理、工艺流程和设备，并了解了有机硅高聚物的一些基本特征及其应用。
ITO薄膜的制备工艺及进展
第32卷第5期2004年10月玻璃与搪瓷G LASS&ENAM ELVol.32No.5Oct.2004 ITO薄膜的制备工艺及进展①王树林,夏冬林(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,湖北 武汉 430070)摘要:对玻璃表面ITO膜的组成、导电机制、性质和制备工艺进行描述。
介绍各种制备工艺的优点及在今后的研究中要解决的问题。
关键词:ITO薄膜;磁控溅射;真空沉积;溶胶-凝胶中图分类号:TQ171.73+6 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2004)05-0051-04F abrication T echniques and Development of ITO FilmW A N G S huνli n,X IA Dongνli n(The K ey Laboratory of Silicate Materials Science and Engineering,Ministry of Education,China,Wuhan University of Technology,Wuhan430070,P.R.China)Abstract:The composition,conduction mechanisms,properties and fabrication techniques of ITOthin films have been reviewed,and the advantages of different preparation technologies and problemswere also introduced.K ey w ords:Indium tin oxide(ITO)thin films; Magnetron sputtering; Vacuum deposition;Sol-gel1 引言TCO(Transparent Conductive Oxide)薄膜最早出现在20世纪初,1907年Badeker首次制成CdO透明导电膜,从此引发了透明导电膜的开发与应用,1968年InSn氧化物和InSn合金被报道,在其理论研究和应用研究引起广泛的兴趣。
薄膜材料与薄膜制备技术分析
薄膜材料与薄膜制备技术分析薄膜材料是指厚度在微米（μm）或纳米（nm）级别的材料。
由于其特殊的结构和性质，薄膜材料在许多领域中具有广泛的应用，如电子器件、光学器件、能源材料、生物医学等。
薄膜制备技术是指将材料制备成薄膜的过程。
常见的薄膜制备技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶液法、激光法等。
不同的薄膜制备技术具有不同的特点和适用范围。
首先，物理气相沉积（PVD）是一种将固体材料在真空环境下物理方式沉积到基底上的技术。
它可分为蒸发、溅射和磁控溅射等几种方式。
该技术制备的薄膜具有高纯度、致密性好、精确控制等优点，但生产成本较高。
其次，化学气相沉积（CVD）是将蒸发的前驱体气体在基底表面发生化学反应形成薄膜的技术。
该技术具有温度范围广、制备速度快、薄膜成分均匀等优点，但对反应条件控制要求较高。
溶液法是将材料溶解于溶剂中，通过溶液的蒸发或其它方法形成薄膜的技术。
该技术简单易用、制备过程温度低、成本相对较低，但薄膜结构较松散，易受环境影响。
激光法是利用激光光束进行材料的蒸发或热分解，形成薄膜的技术。
该技术具有高能量浓度、非接触性、制备速度快等优点，但对激光功率和角度的控制要求较高。
在薄膜材料方面，常见的有金属薄膜、无机薄膜和有机薄膜等。
金属薄膜常用于电子器件、光学镜片等领域，具有导电性和反射性等特点。
无机薄膜如氧化物薄膜、硅材料等具有优异的机械性能和化学稳定性，广泛应用于电池、传感器等方面。
有机薄膜如聚合物薄膜具有轻、柔性、隔热等特点，适用于新型显示器件和柔性电子等领域。
总之，薄膜材料与薄膜制备技术是当今科技发展中不可或缺的重要研究领域。
随着科技的不断进步，相信薄膜材料和薄膜制备技术将会在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和创新。
多晶硅薄膜的制备方法
多晶硅薄膜的制备方法多晶硅薄膜是一种非常重要的材料，广泛应用于光伏发电设计、光学器件制造以及半导体器件制造等领域。
制备多晶硅薄膜有多种方法，其中包括热化学气相沉积法、物理气相沉积法、溅射法、化学沉积法等。
本文主要介绍化学沉积法和物理气相沉积法两种多晶硅薄膜制备方法。
一、化学沉积法制备多晶硅薄膜化学沉积法是将单一或多种有机硅化合物在氢气环境中加热至高温，使其分解产生含硅化合物薄膜的沉积方法。
化学沉积法制备多晶硅薄膜的具体步骤如下：1.\t将单一或多种有机硅化合物溶于有机溶剂中，制成预混液。
2.\t将切割好的硅片放置于反应室中，并去除表面脏污及氧化层。
3.\t将反应室加热至500-1100℃，并将预混液加入反应室中。
4.\t预混液在加热的过程中分解生成含硅化合物，这些化合物在表面逐渐沉积，直到形成多晶硅薄膜。
5.\t通过调节反应室的温度、时间和化合物的流量，可以控制膜的厚度和性质。
二、物理气相沉积法制备多晶硅薄膜物理气相沉积法是利用高纯度硅块或硅化物在加热的惰性气体环境下分解，沉积硅薄膜的方法。
物理气相沉积法制备多晶硅薄膜的具体步骤如下：1.\t将切割好的硅片放入沉积室中，并在室内减压到10-4-10-5Torr之间；2.\t进入物质气体，其中选择硅原子可以来自单质硅汽相、SiH4等化合物气氛；3.\t通过电阻加热或电子束提供能源，使固体硅或化合物在高温下蒸发或分解，形成气态硅或硅化氢；4.\t沉积在硅片上的硅分子扩散并体积生长，5.\t达到所需厚度后停止沉积，冷却至室温即可。
总之，无论是化学沉积法还是物理气相沉积法，它们都具有制备精度高、有较好的可控性、操作简便、生产成本相对较低等优点。
同时，根据不同的应用领域和要求，可以选择适合的方法进行多晶硅薄膜的制备。
PDMS薄膜表面有机硅耐磨涂层的制备研究
98Vol.54No.2Feb.2021PDMS薄膜表面有机硅耐磨涂层的制备研究张敏“，李松晶‘，李孝平-聂高兴"(1.华北科技学院机电工程学院，北京101601；2.华北科技学院河北省矿山设备安全监测重点实验室，河北廊坊065201；3.哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；4.太原理工大学机械与运载工程学院，山西太原030024)［摘要］为了提高聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜表面的硬度和耐磨性，进一步拓展微流控材料的应用，提出了以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和苯基三甲氧基硅烷(PTMS)为主要原料，在PDMS薄膜表面制备有机硅耐磨涂层的方法。
同时，加入具有增韧效果的丙烯酸甲酯溶胶和HC1催化剂等原料，测试了不同组分对涂层耐磨性、硬度、附着性、光学透光性及耐高温性等特性的影响，优化了涂层中各组分之间的配比。
结果表明：制备的有机硅耐磨涂层可以有效提高PDMS薄膜表面的硬度、耐磨性及耐高温冲击性等性能，与PDMS基底之间的附着性良好，且在可见光区有一定的增透作用，有效改善了PDMS薄膜的表面特性。
［关键词］PDMS薄膜；耐磨涂层；耐磨性；硬度；透光性［中图分类号］TH145；TQ630.1［文献标识码］A［文章编号］1001-1560(2021)02-0098-06Preparation of Organosilicone Anti-Wear Coating on PDMS MembraneZHANG Min1'2,LI Song-jing3,LI Xiao-ping1,NIE Gao-xing4(1.School of Mechatronics Engineering,North China Institute of Science and Technology,Beijing101601,China；2. Hebei Key Laboratory of Safety Monitoring of Mining Equipment,North China Institute of Science and Technology,Langfang065201,China；3. School of Mechatronics Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China；4.School of Mechanical and Vehicle Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan030024,China)Abstract:In order to improve the hardness and anti-wear property of Polydimethylsiloxane(PDMS)membrane,as well as to further expand the applications of microfluidic materials,the preparation method of organosilicone anti・wear coating on PDMS membrane was developed with Methyltrimethoxysilane(MTMS)and Phenyltrimethoxysilane(PTMS)as the main materials.Meanwhile,other materials such as methylacrylate sol with toughening effect and HC1catalyst were also added.The effects of different components on anti-wear property,hardness,adhesion,optical transmittance and high temperature resistance of the coating were tested,the ratio of each component in the coating was optimized. Results showed that the fabricated organosilicone anti・wear coating effectively improved the anti-wear property,hardness and high temperature resistance of PDMS membrane,which showed good adhesion with PDMS substrate and high transparency in visible light region.Therefore,the surface properties of the PDMS membrane were significantly enhanced.Key words:PDMS membrane；anti-wear coating；anti-wear property；hardness；transparency0前言随着微电子、微机械、生物化学等多学科领域的发展,微流控技术作为一门交叉学科得到了越来越广泛的应用。
薄膜制备技术的新方法和新技术
薄膜制备技术的新方法和新技术随着科技的进步和人们对新材料的需求不断增加，薄膜制备技术成为了当今材料科学领域的研究热点之一。
薄膜材料具有独特的物理、化学和光学特性，广泛应用于光电子、信息科技、能源和医疗等领域。
本文将介绍薄膜制备技术的新方法和新技术。
1. 有机-无机杂化薄膜制备技术有机-无机杂化薄膜制备技术是一种将有机化合物与无机物相结合的制备方法，可制备出具有优良光电性能的高分子杂化薄膜。
该技术基于化学和物理交互作用，通过化学反应将有机分子和无机材料结合在一起，在薄膜的制备过程中实现材料性能的精密控制。
有机-无机杂化薄膜具有优异的机械强度、热稳定性和防腐蚀性能。
2. 溅射法制备薄膜技术溅射法制备薄膜技术是一种常用的薄膜制备方法，适用于多种材料的制备，包括金属薄膜、氧化物薄膜、半导体薄膜和多层膜等。
该方法通过多个步骤控制薄膜的生成和组织，实现对薄膜的厚度、结构和形貌的精确调控。
该技术的优点在于表面质量较好，制备出的薄膜厚度均匀性高，可以满足不同应用需求。
3. 喷墨印刷技术喷墨印刷技术是一种非接触式的印刷技术，可以实现对薄膜的快速制备和高效制备。
该技术通过喷头不断喷出可溶性、可打印的材料，通过滚筒的传送进行涂覆和干燥，最终形成薄膜。
该制备方法简单、成本低、适用于大面积薄膜制备，是一种可实现低成本、高效的制备技术。
4. 电子束蒸发技术电子束蒸发技术是一种高精度的薄膜制备技术，可以实现对薄膜中杂质、缺陷的精确控制。
该技术通过加热试料并利用电子轰击使其蒸发，将蒸汽沉积于基底表面形成薄膜。
该技术可以实现高纯度、高精度、高质量的薄膜制备，其制备出的薄膜具有优良的物理、化学性能，适用于半导体、光电子等领域。
总结：随着社会经济的发展和科技的进步，薄膜制备技术已成为当今科技领域的研究热点之一。
有机-无机杂化薄膜制备技术、溅射法制备薄膜技术、喷墨印刷技术和电子束蒸发技术是当前薄膜制备技术的新方法和新技术。
这些技术的不断创新和发展，将为高性能薄膜材料的制备与应用提供更广大的发展空间和应用前景。
高性能硅薄膜的制备及应用
高性能硅薄膜的制备及应用硅材料在电子行业中应用广泛，而硅膜则是硅材料的重要组成部分。
硅膜是非常薄的一层硅材料，其主要用于电子元器件的制造和功能材料的表面修饰。
随着科学技术的发展，人们对于硅膜的性能需求不断提高，因此研究新型高性能硅薄膜已经成为当前研究的热点之一。
本文将介绍高性能硅薄膜的制备及应用情况。
一、硅膜的制备方法目前，硅膜的制备方法主要有物理气相沉积和化学气相沉积两种方法。
1.物理气相沉积物理气相沉积（PVD）是一种常见的制备硅膜的方法。
其原理是将硅材料制成薄片，并在高真空条件下将薄片蒸发到基板表面。
这种方法可以控制薄膜的厚度和化学组成，因此可以制备出高性能硅膜。
不过，在实际应用中，物理气相沉积的缺点也很明显，主要表现为无法获得均匀的薄膜。
此外，物理气相沉积还需要高真空条件，而且制备成本较高。
2.化学气相沉积化学气相沉积（CVD）是一种比较适用的制备硅膜的方法。
其原理是通过气相反应在基板表面沉积硅薄膜。
化学气相沉积技术具有成本低、工作性能良好、溶胶质量高等优点。
在化学气相沉积中，通常使用的硅源有如下几种：氯化硅、六氯硅烷、三甲基氯硅烷和二甲基硅烷等。
其反应过程可以分为两步：第一步是硅源分解或氧化，生成气相中的硅含物，第二步是硅含物在基板表面反应沉积。
二、高性能硅膜的应用高性能硅膜具有较佳的光、电、声、热、化学性能，因此在电子、光学、传感器、生物医学和太阳能等领域中得到广泛应用。
1.电子领域在电子领域中，硅薄膜的应用主要体现在半导体器件制造方面。
硅薄膜可以用于制造晶体管、太阳能电池和LED灯等器件。
此外，硅薄膜还可以在微流体系统、储存器芯片和传感器等电子设备中发挥重要作用。
2.光学领域在光学领域中，硅膜可用于制造反射镜、滤光镜、透镜和棱镜等光学部件。
硅膜晶体具有光学透明性好、热稳定性高等优点，它可以使需要透光的设备更加高质量的完成工作。
3.传感器领域高质量的硅薄膜还可以用于生物传感器中。
在生物医学领域中，硅薄膜可以作为传感器应用于蛋白质、细菌等生物分子的检测，其敏感性和特异性都非常高，能够快速准确地实现有害物质的检测。
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有机硅薄膜制备技术进展何益飞1,李临生1,2,兰云军2,张建华1(11陕西科技大学应用化学研究所,陕西咸阳712081;21温州大学浙江省皮革重点实验室,浙江温州325027) 摘要:综述了有机硅薄膜制备技术中控制薄膜厚度、强度、孔径及其孔隙率的技术以及有关理论,阐述了提高薄膜强度及表面性能的微观改性技术,分析了成孔技术、制膜液组成与配比、添加剂种类、溶剂挥发时间、成膜环境(温度和湿度)、凝胶条件对薄膜孔径及其分布、孔隙率的影响,以及后处理对成品膜特性的影响。
关键词:有机硅,薄膜,厚度,强度,孔径,孔隙率,分离材料中图分类号:TQ333193 文献标识码:A文章编号:1009-4369(2006)01-0029-05收稿日期:2005-06-09。
作者简介:何益飞(1983-),男,硕士生。
E -mail :magicsky008@ 。
有机硅材料属于半无机、半有机结构的高分子材料,兼具有机高分子和无机高分子材料的特性,具有空间自由体积大、分子间作用力小、内聚能密度低、透气性优异、耐热、耐电弧、耐化学药品等特性。
用其作为基体制备的有机硅薄膜是一种性能优异、用途广泛的新型高分子材料,可作为分离提纯、防护保养材料广泛应用于农业、工业及其它领域。
近10年来,对有机硅薄膜制备理论的研究越来越多,有机硅薄膜的制备方法也各有千秋。
有机硅薄膜材料的典型代表是聚有机硅氧烷,主要是聚二甲基硅氧烷(PDMS )的衍生物。
Si O 键的键能高达42215kJ /mol ,故聚硅氧烷的稳定性非常好。
作为膜材料的PDMS 具有螺旋形结构,分子间作用力非常微弱,是目前工业化应用中透气性最高的气体分离膜材料。
但PDMS 存在以下几个缺点:对气体的选择性低;超薄化困难;强度很差,不能单独制成薄膜,一般需与其它高分子共聚。
受有机硅材料本身性能的限制,目前制备的有机硅薄膜仍存在膜强度低、膜孔径分布宽、膜孔隙率不易控制等问题。
膜对气体的选择透气性不仅与材料本身的分子结构有关,而且与膜的形态结构有关;因此,提高高分子膜的分离能力的途径除了调节高分子材料的结构外,还有控制铸膜液的组成和薄膜的制作工艺等。
1 控制有机硅薄膜厚度的方法不同应用领域需要的薄膜材料的厚度是不同的。
有机硅薄膜材料既可以形成二维交联结构,也可以做成三维立体交联结构;所以,有机硅薄膜的厚度在理论上是可以有效控制的。
目前有机硅薄膜的厚度主要依靠制膜技术控制。
化学和物理制膜方法有20余种。
对于非复合型有机硅薄膜,最传统的制膜方法是干法制膜和流延法制膜。
完全蒸发法是干法制膜中最简单的方法,主要用于制备致密膜和非对称多孔膜。
其具体方法是将铸膜液铺展在支撑体(如玻璃板、聚四氟乙烯板等)的表面,待溶剂挥发后即得到薄膜。
流延法制膜则是在完全不相容的相界面上流延制膜。
采用这两种方法制备薄膜时,薄膜的厚度主要由铸膜液的量和铺展面积来控制。
制膜技术按在相界面是否发生反应,又可分为相界面成膜和相界面反应成膜。
相界面成膜是成膜液在溶液中发生界面分离而成膜;相界面反应成膜是通过相界面间成膜液的化学反应而成膜。
通过界面反应制成的薄膜的厚度一般由界面反应的时间及界面间反应物的实际浓度来控制,聚合反应类型也会影响膜的厚度。
采用界面反应成膜技术制备的薄膜的厚度仍由沉积的时间和单位沉积量决定;不过,界面反综述・专论,2006,20(1):29～33SIL ICON E MA TERIAL 应生成的薄膜一般非常薄,厚度可小于50nm ,是制备超薄型薄膜的理想方法之一[1]。
复合膜通常是在具有高度透过性和足够机械强度的多孔支撑层上沉积很薄的选择性栅栏层制得。
所以复合膜的厚度主要由支撑层的厚度和栅栏层的厚度决定。
由于栅栏层主要起控制选择性的作用,所以栅栏层一般都是选择性超薄薄膜,其厚度一般为012～10μm [2]。
支撑层的厚度没有特别的技术规定或者通用标准。
因此,复合膜的厚度实际上是由支撑层的厚度控制的。
支撑层大多选择化学和热稳定性好、机械强度高的聚砜或聚偏氟乙烯多孔膜。
2 控制有机硅薄膜强度的方法由于PDMS 分子间内聚能密度低,所以有机硅薄膜强度不高,在膜分离实际压差下,难以有效持续地使用。
这也是有机硅薄膜无法得到广泛应用的主要原因。
目前,提高有机硅薄膜强度的方法很多,主要有PDMS 改性法。
PDMS 的改性可分为主链改性和侧链改性。
空间网络结构的形成对提高薄膜的强度、膜材料的玻璃化温度T g 等具有明显的效果。
主链改性的方法是将PDMS 与其它活性材料共聚,或形成互穿网络结构。
如将PDMS 与丙烯酸酯、硅烷偶联剂共聚,或在聚合反应后期加入甲醛形成互穿网络结构等实现PDMS 主链的改性[3]。
侧链改性的方法主要有两种:一是用极性基团取代PDMS 侧链上的甲基,如在PDMS 侧链引入OR 、NR 等强极性基团;二是在侧链引入能有效提高链段空间位阻的大体积基团(如芳烃基等)。
极性基团和大体积基团的存在能有效提高有机硅薄膜材料的链段极性、空间位阻以及链段堆砌密度,增强分子间的作用力,提高T g ,使薄膜的强度得到根本的提高。
除针对PDMS 进行改性之外,还可通过改变铸膜液的组成来提高有机硅薄膜的强度。
如通过向铸膜液添加其它线型或体型的官能高分子进行交联反应或生成互穿网络结构,可明显提高有机硅薄膜的强度[3]。
对于复合膜,其膜强度主要由支撑层决定。
目前普遍采用的支撑层,如聚砜或聚偏氟乙烯支撑层等,只要选择合适的厚度,都能提供足够的强度,满足应用要求。
3 控制有机硅薄膜孔径及孔隙率的方法控制有机硅薄膜的孔径及孔隙率的途径主要有对有机硅材料的结构进行改性和选择适当的制膜工艺。
311 有机硅材料的结构改性针对有机硅材料本身的特点进行分子链改性,是提高有机硅薄膜表面性能的有效方法。
由于制备有机硅薄膜的基本材料是PDMS ,故一般是对PDMS 的分子链进行改性。
主链改性一般是通过共聚法在PDMS 主链插入体积较大或刚性的SiCH 2链段代替柔性的SiO链段。
两种措施都可提高聚硅氧烷的T g 和链段堆砌密度。
如聚三甲基甲硅烷基丙炔(PTMSP )、聚乙烯基三甲基硅烷(PV TMS )的自由体积大,所以透气性较高;其中PTMSP 的气体分子透过率比PDMS 高一个数量级。
侧链改性的方法之一是在PDMS 侧链接上羧乙基,或与带羧乙基的聚硅氧烷复合制膜。
如聚β-羧乙基甲基硅氧烷(PCMC )与PDMS 按4∶1～1∶1的比例熔融共混,制成薄膜;复合膜的氧气透过率P O 2由015～215提高到3×10-3Pa ,而选择系数αO 2/N 2则由210～315提高到319[4]。
更重要的是采用此法可制得超薄化的薄膜,从而大大提高小分子的透过率。
侧链改性有机硅薄膜的渗透系数随侧基体积的增大而下降,选择性则有所提高。
这主要是由于侧基体积增大后,聚硅氧烷主链的空间位阻增大,不利于分子链的运动。
而且,空间位阻的增大使薄膜的孔径分布变小;相应地,孔隙率则会增大。
312 制膜工艺的选择在有机硅薄膜的制膜过程中,成孔技术、制膜液的组成与配比、添加剂种类、溶剂挥发时间、成膜环境(温度和湿度)、凝胶条件对薄膜的孔径及其分布都有影响。
31211 成孔技术对薄膜孔径及孔隙率的影响常用的成孔技术有径迹-刻蚀法。
径迹-刻蚀法的原理是当荷电粒子通过厚度为5～15μm 的薄膜材料时,会使周围的分子受到激励发生电离,从而使聚合物链断裂,形成核径迹。
径迹的・30 ・第20卷深度与制膜材料及辐射源有关。
I1M1Yamazaki 等人研究并改进了径迹-刻蚀法。
第一步是将已有的均质膜(厚度10～20μm)置于放射性物质下辐照,使聚硅氧烷的主链断裂,形成孔迹;第二步是将辐照过的薄膜放入盛有酸性或碱性溶液、或良溶剂的刻蚀槽中受蚀,因主链断裂而脱落的链节会溶解于良溶剂中而脱离薄膜主体,从而使辐照受损的材料刻蚀形成均匀的毛细管孔。
其孔密度取决于辐照强度和时间,而孔径主要取决于薄膜在刻蚀槽中的停留时间[5]。
徐东胜等人仔细研究了有机硅薄膜采用径迹-刻蚀法成孔的条件,指出高能中子发生源产生的核分裂碎片的能量约为018MeV,l eV≈116022×10-19L。
为核径迹-刻蚀法的应用提供了更细致的技术细节[6]。
对于不能完全击穿的膜材料,可考虑采用重粒子加速器来加速中子的辐射强度,然后将辐照过的膜材料进行侵蚀处理。
采用此法可得到膜孔径在0102～10μm、有效微孔面积达90%、孔隙率为41%～94%的有机硅薄膜[2]。
这项技术现已相当成熟,能制备孔径可控、孔径分布均匀、孔隙率超过90%的成品膜。
31212 制膜液的组成与配比对薄膜孔径及孔隙率的影响S1Sourirajian通过对薄膜形成机理的研究,得出了制膜液组成与配比对薄膜性能的影响的理论。
这一理论在有机硅薄膜制备中可以借鉴。
S1Sourirajian用m P、m S、m N分别代表制膜液中成膜聚合物、溶剂、致孔剂的质量。
在0168 MPa的压力下,测试同一条件下制得的薄膜对200mg/L氯化钠-水溶液中盐的截留率,用膜对溶质的截留率来衡量薄膜孔径的大小。
结果发现,聚合物聚集的程度越强,薄膜表面的孔径越大。
在制膜液中聚合物聚集的程度与m P、m S、m N之间的比例有关;提高m N/m S和m N/m P 与减少m S/m P的效果是一致的。
铸膜液中聚合物质量的增加不利于提高薄膜的截留率;而致孔剂质量的增加则可有效地提高薄膜的截留率,致孔剂在铸膜液中的质量分数越高,薄膜的截留率越高。
这主要是因为铸膜液中聚合物的质量分数的增大,不利于聚合物链节在溶液中舒展,从而使聚合物的凝胶速率加快,不利于在薄膜表面形成交联广泛而多孔的结构,从而使薄膜的截留率下降;致孔剂的存在有利于膜表面孔的形成,提高致孔剂的浓度,会促使更多的孔形成,增大孔的分布范围,减小孔径,提高孔隙率,从而使薄膜的截留率提高[7]。
由于薄膜的孔径越大、孔隙率越低,对溶质的截留率就越低;所以由薄膜对溶质的截留率和溶质的分子尺寸可以粗略预测薄膜的孔径,一般认为0185d f≈d m(式中,d f为薄膜孔的平均直径,d m为溶质的分子直径)[8]。
有机硅材料由于本身的特点,其致孔剂的用量与其它高分子材料有所不同。
目前,有关这方面的研究还很少。
31213 添加剂种类对薄膜孔径及孔隙率的影响目前,在有机硅薄膜的制备过程中使用的添加剂种类越来越多,主要是有机致孔剂和无机致孔剂。
添加剂主要用于改变铸膜液中各组分间的相互作用,从而改变和调节脱溶剂的速度和脱混机制———相分离机制,实现所期望的薄膜结构和薄膜性能;同时,大部分添加剂都可看成是薄膜形成过程中的致孔剂。
铸膜液中若没有添加剂,则在成膜过程中聚合物分子易聚集,通常不发生相转变而形成水透过性很低的致密膜;当添加剂浓度很低时,尽管致密层厚度减少,薄膜也只有封闭孔,水透过性低;当添加剂浓度增至中等时,有机硅的网络结构增加,致密层进一步减少,从而改变孔径的形成及分布,形成既有开孔又有闭孔的混合结构,使薄膜有一定的水通量;当添加剂的浓度增加到某一值后,薄膜全部变为开孔结构,水通量陡增;继续增加添加剂的浓度,致密层厚度进一步减少,水通量进一步增加;但当添加剂浓度过高时,会导致致密层过薄乃至破裂。