有機無機復合抗靜電薄膜合成、結構表征及應用特性研究.pdf

1、在科技日新月異的今天,各種電子消費品在生活中所占比重越來越大,電子污染尤其是危害最大也最隱蔽的電磁輻射幾乎無處不在,不僅會誘發(fā)人體癌細胞增殖,還會導致心血管系統(tǒng)疾病.電磁輻射的產(chǎn)生原因很多,靜電場是其中較常見的原因之一,因此有眾多科研人員致力于抗靜電材料的開發(fā).涂鍍于制品表面的抗靜電薄膜是賦予制品抗靜電性能的有效方法,采用納米技術改性的復合抗靜電薄膜也成為當前的研究熱點.國外日本、韓國的大公司如日立、東芝、三星等從上世紀80年代開始顯示

2、器用抗靜電薄膜的研究,制備出商用抗靜電溶膠并壟斷相關知識產(chǎn)權;國內(nèi)由于導電材料、成膜材料等核心性關鍵材料的制備技術未能實現(xiàn)突破,應用的抗靜電溶膠幾乎全部依賴進口.本課題分別采用水熱法、溶膠.凝膠法制備導電材料、抗靜電溶膠及復合薄膜,進行了相關的基礎理論及應用技術研究;開發(fā)出的抗靜電溶膠和薄膜已在多家企業(yè)產(chǎn)業(yè)化應用,打破了國外技術封鎖,實現(xiàn)替代進口;相關技術突破還可在電子、印刷、石化等多行業(yè)推廣.本文的主要工作包括以下幾個方面:

3、(一)納米導電材料的制備與性能研究 采用水熱法,以錫、銻的無機鹽SnCl<,4>·5H<,2>O、SbCl<,3>為原料,實現(xiàn)了粒度均勻、導電性能優(yōu)良的Sb摻雜二氧化錫納米粉(ATO)的可控制備,揭示了Sb摻雜量、熱處理工藝過程對ATO納米粉體粒度及導電性能的影響規(guī)律.研究發(fā)現(xiàn),ATO粉體粒度隨Sb摻雜量的增加(2﹪到40﹪)而逐漸減小(由幾十nm降低為幾nm);粉體的電阻率隨Sb摻雜量的增加先降低后升高,并在摻雜量為11﹪時達

4、到最低值0.012Ω·cm;粉體電阻隨熱處理溫度的升高而不斷降低,并在600℃達到最低值后趨于穩(wěn)定.晶粒生長分為三個階段:低溫階段(300～400℃)、中溫階段(400～600℃)、高溫階段(600℃以上). (二)導電薄膜的醇解法制備及性能研究 采用醇解法,以錫的無機鹽(無水SnCl<,4>)為前驅(qū)體,制備出摻雜Sb的SnO<,2>溶膠以及ATO薄膜,探討了該導電溶膠的水解-聚合機理,系統(tǒng)研究了Sb摻雜對導電薄膜結構及

5、導電性能的影響.研究發(fā)現(xiàn),以無水SnCl<,4>為前驅(qū)體、醇解法制備的SnO<,2>溶膠,在溫度小于200℃時前驅(qū)體的水解產(chǎn)物之間不發(fā)生聚合反應而主要以單體形式存在,當溫度大于200℃時聚合反應開始并形成Sn-O-Sn鍵,直到500℃時SnO<,2>晶體形成.常溫20℃下,該SnO<,2>溶膠具有很高的穩(wěn)定性,膠凝時間大于110天,有利于工業(yè)化生產(chǎn)和應用.Sb的摻雜對ATO薄膜中SnO<,2>晶粒的生長有阻礙作用.隨Sb的摻雜的增加,A

6、TO薄膜中載流子濃度和遷移率均呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律,在10a.t﹪Sb摻雜時載流子濃度達到最大值7.2×10<'19>/cm<'3>,在6a.t﹪Sb摻雜時載流子遷移率達到最大值2.55cm<'2>/V·S;隨Sb的摻雜的增加,ATO薄膜的電阻率先減小后增大,在8﹪摻雜量時達到最低值0.048Ω·cm. (三)成膜材料SiO<,2>溶膠的制備及特性研究 以硅酸甲酯為原料制備SiO<,2>溶膠,揭示了低濃度體系下反應

7、參數(shù)的動力學影響規(guī)律并建立了相應的理論模型.總結出成膜工藝參數(shù)和溶膠物性對薄膜硬度控制的基本規(guī)律.研究發(fā)現(xiàn),前驅(qū)物濃度c、加水量r、陳化溫度T等反應參數(shù)對低濃度體系下SiO<,2>膠凝時間t<,g>的動力學過程的影響規(guī)律符合以下理論模型t<,g>=1662 c<'-0.2525>,t<,g>=9247 r<'-0.862>和ln t<,g>=-28.74+95.67/RT;所得薄膜在玻璃上硬度可達7H～9H(鉛筆硬度). (四)

8、復合抗靜電溶膠、薄膜的制備及應用研究 創(chuàng)新性地將有機物聚噻吩PEDT溶膠作為導電材料,與SiO<,2>溶膠復合制備出抗靜電溶膠及薄膜,揭示了有機.無機復合的PEDT-SiO<,2>抗靜電薄膜的導電機理,實現(xiàn)了復合薄膜的較高光學透過率.研究發(fā)現(xiàn),隨PEDT含量的增加,薄膜導電性能呈三階段變化,與導電復合高聚物的變化規(guī)律相似,復合薄膜的透過率(550nm波長下)呈線性趨勢下降.較長陳化時間的SiO<,2>溶膠制備的復合薄膜具有更高