Влияние барьерного разряда на электрофизические свойства полиимидных пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
;
Рис. 3.16. Спектры токов ТСД обработанной в барьерном разряде в течение 60 минут пленки, полученные экспериментально и в результате раiета методом подгонки
Рис. 3.17. Спектры токов ТСД обработанной в барьерном разряде в течение 120 минут пленки, полученные экспериментально и в результате раiета методом подгонки
Рис. 3.18. Спектры токов ТСД увлажненной после перфорирования пленки, полученные экспериментально и в результате раiета методом подгонки
Рис. 3.19. Зависимость lg?=f(1/T) образцов исходной полиимидной пленки
Рис. 3.20. Спектры токов ТСД исходной (1), обработанной в разряде (2) и выдержанной в течение 2 месяцев после ее обработки в разряде (3) полиимидных пленок
Полученные в результате раiета значения W в порядке увеличения Tм приведены в табл. 3.7. Погрешность определения величины W составила 0,1 эВ.
Таблица 3.7. Значения энергий активации для разных партий образцов
Полиимидная пленка1 пик2 пик3 пик4 пикTм1, СW1, эВTм2, СW2, эВTм3, СW3, эВTм4, СW4, эВИсходная------1611,2Увлажненная700,6920,71230,81500,9Перфорированная600,6820,71180,81530,9Обработанная tобр = 5 мин800,9911,01182,61221,2Обработанная tобр=30 мин770,8920,91132,61191,1Обработанная tобр=60 мин770,8910,9. 1152,81171,0Обработанная tобр=120 мин820,8900,91132,61151,0
Значения энергии активации, полученные для одиночного максимума на основе модели трехслойного диэлектрика и методом подгонки, совпадают. Экспериментально полученные зависимости lg?=f(1/Т) исходной пленки в области температур Т ? 115С имеют прямолинейный характер (рис. 3.19). Значение W, определенное по наклону прямой, составляет 1,4 эВ, что близко к энергии активации W=1,2 эВ, расiитанной из кривой ТСД исходной пленки. Это позволяет связать релаксацию заряда в исходных образцах с собственной проводимостью пленок. Из спектров токов ТСД увлажненной при 98%ной влажности полиимидной пленки выделяются 4 максимума с соответствующими им значениями энергий активации W1 = 0,6 эВ, W2 = 0,7 эВ, W3 = 0,8 эВ и W4 = 0,9 эВ. Очевидно, что высокотемпературный пик при Т=150С с соответствующей ему энергией активации 0,9 эВ обусловлен релаксацией заряда за iет собственной проводимости увлажненной пленки, а остальные - наличием в образце свободной, слабо и средне связанной влаги.
Представляется вероятным следующий механизм образования свободных носителей заряда в пленках ПМ: молекулы воды, находящиеся в объеме полиимида, взаимодействуют с бензольными кольцами и примесными группами СООН, в результате чего образуются отрицательно заряженные водородные вакансии (в кольцах и группах СОО) и положительно заряженные дефекты NH+ в цепи полимера. Эти вакансии и дефекты могут перемещаться вдоль цепей по эстафетному механизму, т.е. выполнять роль свободных носителей заряда. Молекулы воды в данном случае играют роль передаточного звена для протонов между соседними цепочками полиимида. Можно предполагать, что появление дополнительных максимумов на спектрах ТСД увлажненных пленок связано с участием молекул воды в релаксации заряда за iет проводимости.
В работах [167,168] показано, что при обработке поверхности полимерных пленок в полярных жидкостях и в тлеющем разряде может приводить к появлению дополнительных ловушек в приповерхностном слое материала. С этой точки зрения новые пики на кривых ТСД увлажненных образцов можно интерпретировать и следующим образом: влага, взаимодействующая с молекулами полимера, создает дополнительные ловушки для заряда, которые опустошаются по мере ухода воды из пленки при нагреве. Для уточнения идентификации максимумов был проведен следующий контрольный опыт: перед измерениями токов ТСД образцы заряжались в коронном разряде при противоположной (положительной) полярности напряжения на игле. Спектры ТСД заряженных в положительной и отрицательной короне образцов практически симметричны. Этот факт свидетельствует в пользу гипотезы о связи дополнительных максимумов с релаксацией заряда за iет проводимости пленки, так как наличие в полиимиде Одинаковых ловушек для положительных и отрицательных носителей заряда маловероятно.
Ранее было показано, что на ИК-спектрах полиимидных пленок присутствуют 3 полосы поглощения (3670 см1, 3640см1 и 3560 см1), связанные с наличием воды в полимере. При этом полоса 3670 см1 была соотнесена со слабо связанной (свободной) водой в объеме полимера, полоса 3640см1 - со средне связанной водой, а полоса 3560 см1 - с сильно связанной водой. Известно, что энергия водородных связей составляет порядка 0,1-0,5 эВ. Исходя из того, что молекулы воды в полиимидных материалах обычно связаны двумя водородными связями с соседними цепочками макромолекулы полиимида [44], величину энергии, необходимой для отрыва молекулы воды от молекулы полиимида можно оценить в пределах 0,2-1,0 эВ. Чем сильнее связь, тем большую энергию необходимо приложить для ее разрыва. Таким образом, пик с W = 0,6 эВ, усиливающийся при перфорации образца перед увлажнением, можно идентифицировать со слабо связанной водой, находящейся в порах пленки. Оставшиеся пики с W = 0,7 эВ и W = 0,8 эВ могут быть обусловлены присутствием в пленке средне и сильно связанной влаги соответственно.
Спектры обработанных в разряде пленок так же могут быть представлены суперпозицией 4 релаксационных процессов, энергии активации которых составляют W1 = 0,7 эВ, W2 = 0,8 эВ, W3 = 2,6 - 2,8 эВ и W4 = 1,0 эВ. Пик с W=1,0 эВ можно соотнести с релаксацией заряда за iет собственной проводимости полимера. Пики с энергиями активации 0,8 эВ и 0,9 эВ вероятно обусловлены наличием в образце слабо и средне связанной влаги. И?/p>