Влияние барьерного разряда на электрофизические свойства полиимидных пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
?ишут об электронном механизме проводимости в полиимиде марки PI2545.
Рис. 1.2. Вольтамперные характеристики полиимидных пленок [37]
Возможность протонной проводимости в полиимидах рассмотрена в работах [42, 43]. Чувствительность полиимидов к увлажнению также позволяет предполагать существование протонной компоненты в механизме переноса заряда [44].
Рис. 1.3. Температурная зависимость электрической проводимости полиимида [40]
Ионный характер проводимости рассмотрен в работе [45]. Сесслер полагает [46], что в пленках Kapton H в сильных электрических полях в качестве носителей заряда выступают дырки. Авторы [47] iитают, что наиболее вероятна ионная проводимость в пленках Kapton HN с прыжковым механизмом переноса заряда через потенциальные барьеры разной высоты. Итак, до настоящего времени природа носителей заряда в полиимидах окончательно не определена.
Диэлектрические свойства полиимидной пленки изучались в ряде работ [36, 37, 43]. Как видно из рис. 1.4, значения ? и tg? слабо зависят от частоты и температуры в интервале от 60 до 150оС. В области температур от -70 до +50оС значения ? и tg? существенно возрастают, и наблюдается максимум, обусловленный дипольно-групповыми потерями. Положение этого максимума смещается при увеличении частоты в сторону больших температур. Имеется также незначительный максимум tg? в области высоких температур (~150оС), положение которого практически не зависит от частоты. По мнению авторов [36], первый максимум обусловлен содержанием в пленке влаги, поглощенной из атмосферы, и остатками полиамидокислоты. Возрастание диэлектрических потерь у полипиромеллитимида при Т ? 200оС обусловлено, потерями проводимости. Результаты диэлектрической спектроскопии [43] в сочетании с термомеханическими данными [14] позволяют констатировать отсутствие у полипиромеллитимидов четко выраженных релаксационных процессов, связанных с размягчением и стеклованием в узкой области температур [15].
Рис. 1.4. Зависимость диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) полиимидной пленки от температуры при различных частотах [36]
Техническая ценность полиимидов существенно определяется их высокой прочностью и гибкостью в широком температурном диапазоне. Механические свойства полиимидных пленок изучены в работах [8, 14, 15, 20, 53].
Изотропные полиимидные пленки характеризуются модулем упругости Юнга Eн от 3000 до 10000 МПа для аморфных и частично закристаллизованных пленок соответственно. Численные величины модуля показывают, что главную роль в упругости неориентированных полиимидов играют межмолекулярные связи.
Рис. 1.5. Диаграмма растяжения пленки полиимида при разных температурах.1 - -195оС; 2 - +20оС; 3 - +400оС [8]
Диаграммы растяжения пленок полипиромеллитимида ПМ приведены на рис. 1.5, а температурные зависимости прочности ?р и удлинения при разрыве ?р - на рис. 1.6 [8]. Из рис. 1.6 видно, что высокую прочность и гибкость полиимид имеет в широком диапазоне температур: от -200оС до +400оС.
Рис. 1.6. Зависимость прочности (1) и удлинения при разрыве (2) от температуры для пленки полиимида [8]
Особенно существенно сохранение гибкости при криогенных температурах (вплоть до температуры жидкого гелия) [14,15]. Можно обратить внимание на то, что область чисто упругих деформаций на диаграммах растяжения ПМ доходит до удлинения ?=5-6%, а в области вынужденно-эластического деформирования (пологие участки диаграммы рис. 1.6) происходит значительное возрастание модуля упругости [8, 53].
1.2 Действие газового разряда на свойства полимерных материалов
Для плазменной обработки поверхностей полимеров используются тлеющий разряд постоянного тока, высокочастотный (ВЧ) и сверхвысокочастотный (СВЧ) разряды низкого давления, а также коронный и барьерный разряды при атмосферном давлении [7].
Обработка поверхностей тлеющим разрядом постоянного тока обычно производится в области его положительного столба. При комнатной температуре концентрация электронов в тлеющем разряде составляет ~1010 см3, а средние энергии электронов и ионов - единицы и сотые доли эВ соответственно [54]. Аналогичными микропараметрами обладает и плазма ВЧ разрядов низкого давления, в результате чего уровень УФ излучения, степени возбуждения атомов и молекул в этих типах разрядов близки [55]. Однако данные типы разрядов обладают существенным различием. В разряде постоянного тока ионной бомбардировке препятствует образование объемного заряда из положительных ионов у поверхности диэлектрика, в то время как энергии ионов в ВЧ разряде могут достигать сотен эВ.
Использование СВЧ разрядов низкого давления обеспечивает более высокую химическую активность плазмы. Недостатком СВЧ разряда является большая сложность генерации и поддержания плазмы [56].
Коронный и барьерный разряды при атмосферном давлении отличаются малыми током и мощностью. В разрядах подобного типа высок выход озона, что позволяет использовать их в качестве озонаторов. Положительные и отрицательные ионы ускоряются в поле, достигая энергий 3-10 эВ и оказывая воздействие, подобное ионизирующему излучению, но в тонком приповерхностном слое. Энергии электронов в таких разрядах могут достигать сотен эВ [7].
Элементарные процессы при взаимодействии газового разряда с полимерами изучались в ряде работ [57-77]. При взаимодействии полимера с газовым разрядом на него оказывает влияние ряд различных факторов. Активными компонент