«Исследование диэлектрических свойств пленок полиэтилентерефталата, модифицированных фтороуглеродными пленками, сформированными методами ионно-плазменной технологий. » можно представить каким способом и образом можно получить исследоваемый мною материал.
Формирование фторуглеродных пленок можно провести на вакуумной установке УВН71-П3, оснащенной двумя источниками ионов ИИ-4-015. На первом этапе с помощью одного источника ионов производится обработка поверхности ПЭТФ с использованием ионов тетрафторметана (CF4) в течение 3 мин для очистки поверхности полимера, повышения адгезии фторуглеродной пленки, а также создания предварительного рельефа на поверхности ПЭТФ. На втором этапе с помощью второго источника ионов наноситься фторуглеродная пленка с использованием двухкомпонентной газовой смеси CF4+ C6H12 c различным соотношением компонентов.
Так же в этой работе проводилось исследование диэлектрических свойств структур ПЭТФ-наноструктурированная фторуглеродная пленка с целью выявления модели поведения экспериментальных образцов в переменном электрическом поле. В ходе экспериментов исследовались такие параметры материалов как тангенс угла диэлектрических потерь tgδ и диэлектрическая проницаемость образцов.
По результатам экспериментов были рассчитаны величины относительной диэлектрической проницаемости и построены графики зависимостей тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости образцов от процентного содержания СF4 в модифицирующей газовой смеси и частоты.
Возрастание диэлектрических потерь ПЭТФ после обработки высокоэнергетическими ионами и осаждения фторуглеродных пленок на поверхность материала можно объяснить образованием в приповерхностном слое образца крупных зарядовых комплексов. Эти комплексы образуются за счет обрыва наиболее слабых ковалентных связей в молекулах ПЭТФ (С-О и С-С c sp3-гибридизацией), а также в С6Н12 (С-Н c sp3-гибридизацией).
Известно, что наиболее прочными являются sp2-гибридизованные связи, образующие циклические элементы, а также группы С=О на линейных участках молекул ПЭТФ и циклогексана. Можно предположить, что именно эти связи сохраняются при обработке образца, а разрыв происходит на линейных участках молекул ПЭТФ. Вероятно, в результате циклические группы образуют массивные дипольные группы, поглощающие часть энергии на частотах до 50 кГц.
С повышением частоты внешнего поля влияние вышеописанных зарядовых комплексов ослабевает по причине того, что они не успевают ориентироваться по полю вследствие значительной массы. Но в области от 500 до 1000 кГц тангенс диэлектрических потерь в ПЭТФ уменьшается, что может свидетельствовать о том, что при обработке пленки крупные молекулы полимера в приповерхностном слое раздробились на крупные циклические группы и более мелкие обрывки линейных участков молекул ПЭТФ, обладающих подвижностью большей, чем сами молекулы.
Полученные результаты закрепляют и вычисления относительной диэлектрической проницаемости полученных образцов. Можно сказать, что в области частот 50 кГц и 750 кГц имеются своеобразные максимумы ε, свидетельствующие о прекращении влияния отдельных видов поляризации на диэлектрические свойства пленки. В частности, это могут быть дипольно-сегментная поляризация, проявляющаяся на частотах до 105 Гц и обусловленная вышеописанными крупными дипольными группами в приповерхностном слое материала, а также дипольно-групповая поляризация, наблюдаемая на частотах до106 Гц, и, вероятно, вызванная сегментами самой подложки ПЭТФ, залегающими в объеме пленки. Известно, что полиэтилентерефталатная пленка (ПЭТФ) широко применяется в изделиях электронной техники как дешевый диэлектрический и электретный материал. Однако как электретный материал пленка ПЭТФ значительно уступает сегнетоэлектрическим материалам по способности к электризации объема, а как диэлектрический материал имеет достаточно высокое удельное сопротивление, но неустойчива к длительным электрическим нагрузкам в полях более 100 кВ/мм. Одним из способов изменения электрофизических свойств пленочных материалов является использование тонких наноразмерных покрытий, сформированных методами осаждения в вакууме. В настоящее время большой научный и практический интерес вызывают наноразмерные покрытия на основе углерода, нанесенные на поверхность полимерных материалов различными методами. По сравнению с полимерами покрытия на основе углерода обладают значительно более высокой термической, химической и электрической стабильностью и имеют широкий диапазон электрофизических свойств, связанных с молекулярной структурой и содержанием атомов различных химических элементов (фтор, хлор, водород и т.д.). Специфика атома углерода состоит в его способности образовывать прочные межатомные связи, характеризующиеся различным типом гибридизации электронных орбиталей. Связи в решетке алмаза характеризуются sp3 –гибридизацией орбиталей, тогда как графиту соответствует sp 2 –гибридизация, а карбину – sp–гибридизация. Варьируя содержание различных форм углерода в покрытии или вводя в его состав различные примеси, можно получить большое количество7 углеродсодержащих соединений с широким набором химических, механических, электрофизических и оптических свойств. Это позволяет использовать наноразмерные слои на основе углерода, обладающие стабильными электрофизическими свойствами, в качестве модифицирующих покрытий. Для получения покрытий на основе углерода толщиной от 2нм и более, имеющих высокую адгезию к полимеру, используют плазменные технологии. Формирование такого покрытия на полимере с помощью ионностимулированного осаждения из газовой фазы является одним из видов ионно-плазменных технологий, позволяющим работать при температурах <200°С, когда появляется текучесть ПЭТФ. При обработке пучком ионов поверхность ПЭТФ подвергается воздействию заряженных частиц, что, как известно, должно приводить к возникновению электретного состояния в его объеме. В этой связи несомненный интерес представляет исследование величины и стабильности заряда, образующегося при нанесении наноразмерного покрытия на основе углерода на поверхность пленки ПЭТФ. Цель работы – исследование влияния наноразмерного покрытия на основе углерода, нанесенного на поверхность пленки ПЭТФ ионноплазменным методом, на электрофизические свойства полимера. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
• Изучение влияния ионных пучков на структуру и свойства поверхности пленки ПЭТФ.
• Исследование химического состава и структуры осажденного наноразмерного покрытия на основе углерода.
• Изучение влияния наноразмерного покрытия на основе углерода на электрофизические свойства пленки ПЭТФ (тангенс угла диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость, объемная и поверхностная проводимость образцов, объемный и поверхностный заряд, напряжение пробоя).
• Исследование возможности применения пленки ПЭТФ с наноразмерным покрытием на основе углерода в приборах электронной техники. Решение поставленных задач потребовало использования, с одной стороны, комплекса современных физико-химических методов исследования структуры наноразмерных покрытий на основе углерода (ИК-спектроскопия, электронная спектроскопия для химического анализа, атомно-силовая микроскопия), с другой стороны, комплекса применяемых в мировой практике методик исследования электрофизических свойств полимеров (температурные зависимости электрической проводимости, тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости, а также термостимулированной деполяризации и методики для измерения величины поверхностного заряда). Основные положения, выносимые на защиту:
• Результаты исследования химического состава и электрофизических свойств наноразмерного покрытия на основе углерода, сформированного ионно-стимулированным осаждением из паров циклогексана на поверхности пленки ПЭТФ.
• Изменение диэлектрических характеристик (тангенс угла диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость) и объемной электропроводности пленки ПЭТФ при нанесении наноразмерного покрытия на основе углерода и его влияние на величину и стабильность аккумулированного в пленке ПЭТФ гомозаряда.
• Влияние наноразмерного покрытия на основе углерода на вероятность перехода металл-диэлектрик.
• Изменение электрической прочности пленки ПЭТФ модифицированной наноразмерным покрытием на основе углерода.
• Результаты исследования чувствительности электроакустического преобразователя на основе пленки ПЭТФ, модифицированной наноразмерным покрытием на основе углерода.
• Влияние технологии ионно-плазменной модификации поверхности ПЭТФ с помощью наноразмерного покрытия на основе углерода на антибактериальную активность пленки.