CN103160807B - 提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，包括：将聚四氟乙烯薄膜放置于原子层沉积设备反应腔中；向所述原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳，使得所述四氯化碳中的碳原子吸附在所述聚四氟乙烯薄膜表面；向所述原子层沉积设备反应腔中通入含羟基基团的物质，所述聚四氟乙烯薄膜表面即生成高含量羟基基团的薄膜结构；逐层生长表面有高含量羟基基团的聚四氟乙烯薄膜。本发明提供的一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，使用原子层沉积设备，利用原子层可精确控制沉积薄膜厚度的优点，在PTFE薄膜表面沉积0.5-3纳米厚度的亲水性羟基基团薄膜，可以显著提高PTFE薄膜的亲水性能和时效性能，该方法操作简单，成本低，改性效果显著。

Description

提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法

技术领域

本发明涉及聚四氟乙烯薄膜表面改性技术领域，具体涉及一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)作为一种性能优异的高分子材料，它具有耐高低温、耐腐蚀性、高绝缘性、高润滑性、优良的介电性能、低的摩擦系数等优良性能，在工业上被广泛应用。但是由于PTFE材料表面表面能低、结晶度大、极性很小，不能很好地被粘接，从而限制了其更广泛的使用。为了使PTFE获得更广泛的应用，必须对它的表面进行改性，以提高它的粘合性能。

常用的改性方法有钠-萘溶液处理法、电解还原法、高温熔融处理法、辐射接枝处理法、金属蒸镀法和等离子体处理法等。在这些表面处理方法中不仅处理成本高、处理时间长，还需要进行二次处理以及处理后时效性能差等问题，需要进一步在一定温度的溶液中进行亲水性基团的接枝以稳定表面的亲水性能，但是表面接枝层的厚度不能得到有效的控制。本发明利用原子层沉积技术在PTFE表面制备几个纳米厚度的高亲水性羟基基团薄膜来提高PTFE薄膜的亲水性能和时效性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种操作简单，改性效果显著，并且改性后的时效性能好的提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法。

从一个方面本发明提供的一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，包括：将聚四氟乙烯薄膜放置于原子层沉积设备反应腔中；

向所述原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳，所述四氯化碳与所述聚四氟乙烯薄膜表面发生碳化学吸附，使得所述四氯化碳中的碳原子吸附在所述聚四氟乙烯薄膜表面；

向所述原子层沉积设备反应腔中通入含羟基基团的物质，所述含羟基基团的物质与所述聚四氟乙烯薄膜表面发生卤代反应，待反应完全后，所述聚四氟乙烯薄膜表面即生成高含量羟基基团的薄膜结构；

逐层生长表面有高含量羟基基团的聚四氟乙烯薄膜。

进一步，所述四氯化碳的流量为5sccm-30sccm，暴露时间为0.02s-0.5s。

进一步，所述含羟基基团的物质为水。

进一步，所述水的流量为5sccm-50sccm，时间为0.3s-1s。

进一步，所述将聚四氟乙烯薄膜放置于原子层沉积设备反应腔中之后还包括：

向所述原子层沉积设备反应腔中通入氢气和氩气的混合气体，并启动等离子体放电，电离后的氢气在聚四氟乙烯薄膜表面进行化学取代反应，在所述聚四氟乙烯薄膜表面形成碳氢键。

进一步，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳的步骤之前还包括：

向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量为20sccm，时间为5s-10s。

进一步，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入含羟基基团的物质的步骤之前还包括：

向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量为20sccm，时间为5s-10s。

本发明提供的一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，使用原子层沉积设备，利用原子层可精确控制沉积薄膜厚度的优点，在PTFE薄膜表面沉积2-3纳米厚度的亲水性羟基基团薄膜，可以显著提高PTFE薄膜的亲水性能和时效性能，该方法操作简单，改性效果显著。

附图说明

图1为本发明实施例中经过处理的聚四氟乙烯薄膜表面形成C-H键的示意图；

图2为本发明实施例中通入四氯化碳源，和衬底表面发生取代反应，碳原子吸附在衬底上的示意图；

图3为本发明实施例中衬底表面完全被碳吸附后的示意图；

图4为本发明实施例中通入水，发生卤代反应形成C-OH键的示意图；

图5为本发明实施例中一个反应周期结束后的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案和优点描述的更清晰，以下结合具体的实施例及附图加以说明。

实施例一：

本发明提供的一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，包括：

步骤S1：将聚四氟乙烯(以下简称PTFE)薄膜放置于原子层沉积设备反应腔中。

步骤S2：如图1所示，向所述原子层沉积设备反应腔中通入氢气和氩气的混合气体，并启动等离子体放电，电离后的氢气在PTFE薄膜表面进行化学取代反应，所述PTFE薄膜处理后的表面含有碳氢键。

步骤S3向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量为20sccm，时间为5s-10s。时间的优选值为8s。

步骤S4：结合图2、图3所示，向所述原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳，所述四氯化碳与所述PTFE薄膜表面发生碳化学吸附，使得所述四氯化碳中的碳原子吸附在所述PTFE薄膜表面。

步骤S5：向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量为20sccm，时间为5s-10s。时间的优选值为8s。

步骤S6：向所述原子层沉积设备反应腔中通入含羟基基团的物质，如图4所示，所述含羟基基团的物质与所述PTFE薄膜表面发生卤代反应，待反应完全后，所述PTFE薄膜表面即生成高含量羟基基团的薄膜结构。其中，含羟基基团的物质为水，水的流量为5sccm-50sccm，时间为0.3s-1s。水的流量的优选值为25sccm，时间的优选值为0.6s。吹扫走未反应的杂质官能团后，PTFE薄膜表面如图5所示。

步骤S3至步骤S6这一反应周期结束后，如图5所示，PTFE薄膜表面全为氢原子，此时重复步S3至步骤S6，可以逐层生长表面高羟基含量的改性PTFE薄膜。重复以上步骤，即可得到所需厚度的结构。

实施例二：

本实施例与实施例的不同之处在于，向原子层沉积设备反应腔中通入水时，水的流量为5sccm，时间为0.3s。步骤S3和步骤S5中向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量均为20sccm，时间为均5s。其他地方与实施例一完全一致。

实施例三：

本实施例与实施例的不同之处在于，向原子层沉积设备反应腔中通入水时，水的流量为50sccm，时间为1s。步骤S3和步骤S5中向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量均为20sccm，时间均为10s。其他地方与实施例一完全一致。

本发明提供的一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，使用原子层沉积设备，利用原子层可精确控制沉积薄膜厚度的优点，在PTFE薄膜表面沉积2-3纳米厚度的亲水性羟基基团薄膜，可以显著提高PTFE薄膜的亲水性能和时效性能，该方法操作简单，改性效果显著。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，其特征在于，包括：

将聚四氟乙烯薄膜放置于原子层沉积设备反应腔中；

向所述原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳，所述四氯化碳与所述聚四氟乙烯薄膜表面发生碳化学吸附，使得所述四氯化碳中的碳原子吸附在所述聚四氟乙烯薄膜表面；

向所述原子层沉积设备反应腔中通入含羟基基团的物质，所述含羟基基团的物质与所述聚四氟乙烯薄膜表面发生卤代反应，待反应完全后，所述聚四氟乙烯薄膜表面即生成高含量羟基基团的薄膜结构；

逐层生长表面有高含量羟基基团的聚四氟乙烯薄膜。

2.如权利要求1所述的提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，其特征在于：

所述四氯化碳的流量为5sccm-30sccm，暴露时间为0.02s-0.5s。

3.如权利要求1所述的提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，其特征在于：

所述含羟基基团的物质为水。

4.如权利要求3所述的提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，其特征在于：

所述水的流量为5sccm-50sccm，时间为0.3s-1s。

5.如权利要求1所述的提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，其特征在于，所述将聚四氟乙烯薄膜放置于原子层沉积设备反应腔中之后还包括：

向所述原子层沉积设备反应腔中通入氢气和氩气的混合气体，并启动等离子体放电，电离后的氢气在聚四氟乙烯薄膜表面进行化学取代反应，在所述聚四氟乙烯薄膜表面形成碳氢键。

6.如权利要求1所述的提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，其特征在于，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳的步骤之前还包括：

向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量为20sccm，时间为5s-10s。

7.如权利要求1所述的提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，其特征在于，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入含羟基基团的物质的步骤之前还包括：

向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气，通入流量为20sccm，时间为5s-10s。