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高分子材料的金屬化

作者:admin 更新時間:2019年03月21日 16:36:03

  摘要:隨著我國社會經濟的快速發展,人們對高分子材料的用途越來越廣泛,很多領域都應用到了高分子材料。將高分子材料金屬化會使高分子具有金屬的一些特性,從而使其功能變得更加強大,這也是本論文的重點研究方向。


  關鍵詞:高分子材料;金屬化;工藝


  1高分子材料金屬化的簡述


  通過化學方法或者是物理方法將一些金屬鍍在高分子材料的表面,從而使高分子材料具有了鍍金屬的一些特性,這就是我們所說的高分子材料的金屬化,金屬化后高分子材料一方面就會具有相應傳導性、導熱性等性能,另一方面還能夠使其具有相應的金屬光澤,進行相應的焊接,從而使高分子材料替代了一些金屬品,在最大程度上降低了企業的成本。除此之外,高分子材料本身還具有耐腐蝕、耐高溫、耐酸堿等特性,從而使得被金屬化后的高分子材料比常用的金屬具備更好的性能,用途也更加廣泛,已經在我國航天、輪船、機械、化工、制藥、運輸等行業得到了廣泛應用。


  2高分子材料金屬化的工藝


  就當前技術來說高分子材料金屬化主要有以下兩種方法:一是,以物理氣相沉積和化學氣相沉積這兩種方法為代表的干法;二是,以化學還原、電鍍等為代表的濕法。下面我們就將物理氣相沉積、化學氣相沉積法和化學還原法這三種常用的方法進行詳細的研究。


  2.1物理氣相沉積


  物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition,PVD)技術主要是在在真空條件下,采用物理方法,將材料源――固體或液體表面氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子,并通過低壓氣體(或等離子體)的一種過程,從而能夠在基體表面沉積具有某種特殊功能的一種薄膜技術。由此可以看出物理氣相沉積法的前提基礎是真空技術。


  真空蒸發法(又稱為熱蒸發法)是指在真空條件下,通過高溫加熱鍍料使其在非常短的時間內發生蒸發現象,進而會有大量的原子、分子發生氣化現象,從而離開了鍍料或者說是鍍料的表面,然后這些氣化的原子、分子由于是處于真空環境下,所以在經過少量幾次的碰撞后遷移到基體,最終沉積在基體的表面形成一層非常薄的膜。該方法的主要特點是對設備的要求難度不高、非常容易操作;薄膜具有非常高的純度、質量;同時能夠快速成膜,具有非常單純的薄膜生長機理,但是該方法成的薄膜沒有結晶結果,致使其跟基板的附著力非常小。為了解決這一問題,專家們使用等離子刻蝕跟該技術有效結合起來,來提高其附著力。例如有專家將聚丙烯用氨等離子體處理后,再使用真空蒸發法在聚丙烯表面鍍一層鋁薄膜,然后再將其經過XPS和EXES分析發現,聚丙烯和鋁薄膜之間的附著力變得非常大。


  2.2化學氣相沉積


  化學氣相沉積(Chemicalvapordeposition,簡稱CVD)主要是指在氣態條件下,反應物質發生化學反應,最終固態物質,并且該固態物質附著在加熱的固態基體表面上,最終生成固體材料的一種技術方法。


  人們在PTFE鍍銅就使用了化學氣相沉積方法,主要分為以下幾個步驟:首先PTFE表面先經過相應的化學粗化處理,然后再使用激光束在其表面進行圖案刻畫,最后再經過化學氣相沉積法將銅沉積在其表面。將經過以上步驟處理后的鍍銅PTFE經過XPS和EXES分析顯示,激光輻射的部分沒有銅沉積,而沒有經過激光輻射的部分有大量的銅沉積,這就說明PTFE表面粗化部分被激光已經撫平到跟其原始表面一樣,所以沒有銅沉積。


  化學氣相沉積法的特點是沉積不需要很高的溫度,非常容易控制薄膜的成份,膜厚與淀積時間成正比,均勻性,重復性好,臺階覆蓋性優良,具有很強的附著力。但是該方法會受到氣體運動速率、壓力分布、溫度等各方面因素的影響,而是膜形成過程受到破壞,同時還會影響薄膜的構造,所以要想得到理想的薄膜必須嚴格控制各項條件。


  2.3化學還原法


  化學還原法主要是指通過化學反應將高分子材料跟金屬鹽之間形成鰲合物,從而能夠使一些金屬離子摻入到高分子材料中,這些金屬離子在經過化學還原處理后,在高分子材料表面可以均勻地沉積層可導電的金屬層。


  有人將金屬鉆通過該方法成功的鍍在了聚亞胺脂(PU)的表面上,具體步驟為,稱取適量的CoCl2,MDI,PEE15和PEE3,將這些試劑加入到DMF溶液中,用攪拌充分攪勻,最后在室溫條件下會在聚丙烯板上形成一層薄膜,然后再將聚丙烯放在烘箱中100℃加熱五十小時,加熱結束后將其放在NaBH4水溶液中,在21~62℃下還原10-13分鐘,最終得到鍍鉆的聚丙烯。通過XPS分析得出,該方法形成的薄膜表面是非常純凈的。


  3結論


  綜上所述,高分子材料具有耐高溫、耐腐蝕、耐酸堿等特點,而高分子材料金屬化還使其具備了金屬的某些特性,從而使其性能變得更加廣泛,所以高分子材料金屬化在工業上的大力應用將會大大降低企業的成本,對推動我國經濟的快速發展起著非常重要促進作用。


  參考文獻: 

  [1]馮輝霞.化學還原法制備Fe3O4納米顆粒及其性能研究[J].功能材料,2013(10). 

  [2]葛雯.石墨烯及其復合物的化學氣相沉積法制備與性能研究[D].浙江大學學位論文,2013. 

  作者簡介:陳國慶(1993―),男,安徽無為人,本科,研究方向:高分子材料與工程。


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