專利名稱：摻雜納米SiO₂的聚合物復(fù)合薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的材質(zhì)和方法，具體是一種摻雜納米 SiO2的聚合物復(fù)合薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚對二甲苯(Parylene)薄膜是目前國際上應(yīng)用最為廣泛的聚合物材料之一，它是一種高結(jié)晶度的熱塑性高分子材料。到目前為止Parylene家族已形成一系列性質(zhì)相近的多種型號，通常采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備(Gorham方法)。Parylene C是以一個氯原子取代對二甲苯苯環(huán)上的一個氫原子得到的聚合物。它具有優(yōu)異的生物相容性，氣體與水蒸氣阻隔性能，光學(xué)性能，電絕緣性以及抗腐蝕等特性，是最有效的防潮濕，防霉菌以及高頻部件防護涂層材料。目前Parylene C薄膜多用于微尺度電子器件的封裝以及體內(nèi)植入式器件的生物相容性保護等微加工領(lǐng)域。但是隨著體內(nèi)植入式器件研究的發(fā)展，對生物相容性材料的需求越來越高，因此， ParyleneC薄膜使用過程中熱穩(wěn)定性以及機械強度低等問題逐漸明顯。最近美國SCS公司公布了最新研制的Parylene HT，該種聚合物相比Parylene C成膜后抗高溫能力有了顯著的提高，但該種材料價格昂貴，引進設(shè)備成本很高，而通過開發(fā)研究新的沉積原料來滿足要求不僅耗資巨大同時開發(fā)周期長，無法滿足對新功能材料的快速應(yīng)用需求。因此迫切需要一種低成本，工藝簡單的制備功能性Parylene C薄膜的方法。納米S^2由于具有諸多優(yōu)良性能，如小尺寸效應(yīng)，光電特性，高溫下具有高強度， 高韌性，高穩(wěn)定性，制備簡單，因而得到廣泛應(yīng)用。通過物理或化學(xué)方法使納米Si02和有機物復(fù)合，可制備多功能的復(fù)合材料。目前，納米SiO2復(fù)合材料已引起美國、英國、德國和日本等多個國家的重視，使得納米SW2復(fù)合材料成為當今納米復(fù)合材料的研究熱點之一。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Seshadri Ganguli等在Journal of Vacuum Science &Technology A. 15(6) :3138-3142,1997 撰文 “ Improved growth and thermal stability of Parylene films”(Parylene薄膜的生長和熱穩(wěn)定性能改善)。其原理是通過提高反應(yīng)室壓力，降低基底溫度，進而提高薄膜的生長率和聚合物分子重量，從而改善薄膜的熱穩(wěn)定性。但是高壓會降低沉積薄膜的質(zhì)量，降低基底溫度需要在原有真空設(shè)備中增添冷卻裝置，大大提高了成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種摻雜納米S^2的聚合物復(fù)合薄膜及其制備方法，通過摻雜改性后的納米SW2粒子來改善該薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性能。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種摻雜納米SiA的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，通過對納米SiA粒子進行摻雜改性并涂敷于基底上，然后進一步在改性后的納米SiO2粒子上沉積0. 5 10微米的薄膜，得到聚合物復(fù)合薄膜。
所述的摻雜改性是指將分散于極性溶劑中的納米SiO2粒子與硅烷偶聯(lián)劑溶液混合烘干后得到；所述的納米SiO2粒子是指經(jīng)過電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中100°C干燥Mh的納米 SiO2粒子。所述的極性溶劑為無水乙醇和去離子水以1 1的體積比混合的溶液所述的分散是指超聲分散池所述的硅烷偶聯(lián)劑溶液，是指溶解于無水乙醇中的KH570，其用量為納米SW2粒子質(zhì)量的5%。所述的混合烘干是指在75°C下恒溫攪拌4h后，將產(chǎn)物依次進行三次循環(huán)的離心分離、超聲分散和抽濾處理。所述的涂敷是指將分散于無水乙醇中的改性后的納米SiO2粒子通過噴灑到基底或采用提拉法將基底浸入的方式實現(xiàn)。所述的基底為硅片、玻璃片或金屬片。所述的沉積是指將涂敷由改性后的納米S^2粒子的基底放入沉積腔中，通過化學(xué)氣相沉積方式將I^ayrlene C 二聚體在80 170°C時蒸發(fā)，690°C時裂解為單體，最后在沉積腔中常溫下聚合制得Parylene C薄膜，整個沉積過程中的壓強在8毫托以下。本發(fā)明通過上述方法制備得到的摻雜納米S^2的聚合物復(fù)合薄膜，其組分為 Parylene C薄膜和分散于Parylene C薄膜中的納米SiO2粒子。通過本發(fā)明中摻雜改性的納米SiO2工藝，制備的聚合物薄膜熱穩(wěn)定性和機械性能得到很大的改善，主要原理是通過硅烷偶聯(lián)劑改性，納米S^2粒子表面嫁接的硅烷鍵形成有機層，有效阻止納米SW2粒子的團聚，并提高其與聚合物Parylene C單體分子之間的作用力，從而改善薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性能。


圖1為實施例3制得的Parylene C和納米SW2復(fù)合薄膜的SEM照片。圖2為實施例3制得的純Parylene C薄膜及Parylene C/Si02復(fù)合薄膜的TGA對比曲線。圖3為制得的純Parylene C薄膜及夾層結(jié)構(gòu)的Parylene C/Si02復(fù)合薄膜的DMA 對比曲線。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1(1)納米SiO2粒子的改性將粒子放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中100°C干燥Mh。配制無水乙醇和去離子水 (1 1)混合溶液30mL倒入燒杯中，加入0.5g納米SiO2，超聲分散池后倒入三口燒瓶內(nèi)， 取硅烷偶聯(lián)劑(KH570，為SiO2質(zhì)量的5%)溶于20mL無水乙醇中，充分攪拌后加入三口燒瓶中，在75°C下恒溫攪拌4h。最后將所得乳液進行高速離心分離、超聲分散、抽濾，重復(fù)3 次，烘干改性后的納米SiO2，真空儲存?zhèn)溆谩?2)涂敷改性后的納米SW2粒子將改性后的納米SiO2粒子和無水乙醇按1 150混合，超聲30min，采用的基底為單面拋光硅片。將穩(wěn)定的懸濁液噴灑到硅片的拋光面上使其浸沒，或采用提拉法將硅片按一定速率從懸濁液中提起，然后使用高壓氮氣的微小氣流將硅片吹干，得到表面涂敷一層均勻的改性的納米S^2粒子的硅片。(3) Parylene C復(fù)合薄膜的制備將涂敷納米粒子的硅片放入沉積腔中，采用化學(xué)氣相沉積設(shè)備，使I^yrlene C 二聚體在80 170°C時蒸發(fā)，690°C時裂解為單體，最后在沉積腔中常溫下聚合制得Parylene C薄膜。整個過程設(shè)備壓強控制在8毫托以下。該復(fù)合薄膜降解溫度提高80 100°C，熱穩(wěn)定性得到改善。實施例2(1)納米SiO2粒子的改性將粒子放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中100°C干燥Mh。配制無水乙醇和去離子水 (1 1)混合溶液30mL倒入燒杯中，加入0.5g納米SiO2，超聲分散池后倒入三口燒瓶內(nèi)， 取硅烷偶聯(lián)劑(KH570，為SiO2質(zhì)量的5%)溶于20mL無水乙醇中，充分攪拌后加入三口燒瓶中，在75°C下恒溫攪拌4h。最后將所得乳液進行高速離心分離、超聲分散、抽濾，重復(fù)3 次，烘干改性后的納米SiO2，真空儲存?zhèn)溆谩?2)涂敷改性后的納米SW2粒子將改性后的納米SiO2粒子和無水乙醇按1 100混合，超聲60min，采用的基底為單面拋光硅片。將穩(wěn)定的懸濁液噴灑到硅片的拋光面上使其浸沒，或采用提拉法將硅片按一定速率從懸濁液中提起，然后使用高壓氮氣的微小氣流將硅片吹干，得到表面涂敷一層均勻的改性的納米S^2粒子的硅片。(3) Parylene C復(fù)合薄膜的制備將涂敷納米粒子的硅片放入沉積腔中，采用化學(xué)氣相沉積設(shè)備，使I^yrlene C 二聚體在80 170°C時蒸發(fā)，690°C時裂解為單體，最后在沉積腔中常溫下聚合制得Parylene C薄膜。整個過程設(shè)備壓強控制在8毫托以下。該復(fù)合薄膜降解溫度提高80 110°C，熱穩(wěn)定性得到改善。實施例3(1)納米SiO2粒子的改性將粒子放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中100°C干燥Mh。配制無水乙醇和去離子水 (1 1)混合溶液30mL倒入燒杯中，加入0.5g納米SiO2，超聲分散池后倒入三口燒瓶內(nèi)， 取硅烷偶聯(lián)劑(KH570，為SiO2質(zhì)量的5%)溶于20mL無水乙醇中，充分攪拌后加入三口燒瓶中，在75°C下恒溫攪拌4h。最后將所得乳液進行高速離心分離、超聲分散、抽濾，重復(fù)3 次，烘干改性后的納米SiO2,真空儲存?zhèn)溆谩?2)涂敷改性后的納米SW2粒子將改性后的納米SiO2粒子和無水乙醇按1 50混合，超聲90min，采用的基底為單面拋光硅片。將穩(wěn)定的懸濁液噴灑到硅片的拋光面上使其浸沒，或采用提拉法將硅片按一定速率從懸濁液中提起，然后使用高壓氮氣的微小氣流將硅片吹干，得到表面涂敷一層均勻的改性的納米SiO2粒子的硅片。(3) Parylene C復(fù)合薄膜的制備將涂敷納米粒子的硅片放入沉積腔中，采用化學(xué)氣相沉積設(shè)備，使I^yrlene C 二聚體在80 170°C時蒸發(fā)，690°C時裂解為單體，最后在沉積腔中常溫下聚合制得Parylene C薄膜。整個過程設(shè)備壓強控制在8毫托以下。該復(fù)合薄膜降解溫度提高80 120°C，熱穩(wěn)定性得到改善。實施效果制備夾層結(jié)構(gòu)的納米SW2和Parylene C復(fù)合薄膜，用于DMA測試(1)納米SiO2粒子的改性將粒子放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中100°C干燥Mh。配制無水乙醇和去離子水 (1 1)混合溶液30mL倒入燒杯中，加入0.5g納米SiO2，超聲分散池后倒入三口燒瓶內(nèi)， 取硅烷偶聯(lián)劑(KH570，為SiO2質(zhì)量的5%)溶于20mL無水乙醇中，充分攪拌后加入三口燒瓶中，在75°C下恒溫攪拌4h。最后將所得乳液進行高速離心分離、超聲分散、抽濾，重復(fù)3 次，烘干改性后的納米SiO2，真空儲存?zhèn)溆谩?2)涂敷改性后的納米SW2粒子將改性后的納米SiO2粒子和無水乙醇按1 50混合，超聲90min，采用的基底為單面拋光硅片。將穩(wěn)定的懸濁液噴灑到硅片的拋光面上使其浸沒，或采用提拉法將硅片按一定速率從懸濁液中提起，然后使用高壓氮氣的微小氣流將硅片吹干，得到表面涂敷一層均勻的改性的納米SiO2粒子的硅片。(3) Parylene C復(fù)合薄膜的制備將涂敷納米粒子的硅片放入沉積腔中，采用化學(xué)氣相沉積設(shè)備，使I^yrlene C 二聚體在80 170°C時蒸發(fā)，690°C時裂解為單體，最后在沉積腔中常溫下聚合制得Parylene C薄膜。整個過程設(shè)備壓強控制在8毫托以下。(4)夾層Parylene C復(fù)合薄膜的制備重復(fù)⑵(3)過程4次，制備夾層結(jié)構(gòu)的納米SiO2和Parylene C復(fù)合薄膜。該復(fù)合薄膜應(yīng)力比純薄膜提高10N，機械性能得到改善。
權(quán)利要求
1.一種摻雜納米SiA的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，通過對納米SiA粒子進行摻雜改性并涂敷于基底上，然后進一步在改性后的納米SiO2粒子上沉積0. 5 10微米的薄膜，得到聚合物復(fù)合薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米SiO2的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是，所述的摻雜改性是指將分散于極性溶劑中的納米SiO2粒子與硅烷偶聯(lián)劑溶液混合烘干后得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻雜納米SiO2W聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是， 所述的納米SiA粒子是指經(jīng)過電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中100°c干燥24h的納米S^2粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜納米SiO2的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是，所述的極性溶劑為無水乙醇和去離子水以11的體積比混合的溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜納米SiO2的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是，所述的硅烷偶聯(lián)劑溶液，是指溶解于無水乙醇中的KH570，其用量為納米SiO2粒子質(zhì)量的 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米SiO2的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是，所述的混合烘干是指在75°C下恒溫攪拌4h后，將產(chǎn)物依次進行三次循環(huán)的離心分離、超聲分散和抽濾處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米SiO2的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是，所述的涂敷是指將分散于無水乙醇中的改性后的納米SiO2粒子通過噴灑到基底或采用提拉法將基底浸入的方式實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米SiO2的聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是，所述的沉積是指將涂敷由改性后的納米SiO2粒子的基底放入沉積腔中，通過化學(xué)氣相沉積方式將I^yrlene C二聚體在80 170°C時蒸發(fā)，690°C時裂解為單體，最后在沉積腔中常溫下聚合制得Parylene C薄膜，整個沉積過程中的壓強在8毫托以下。
9.一種摻雜納米S^2的聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述方法制備得到。
全文摘要
一種微機電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的摻雜納米SiO2的聚合物復(fù)合薄膜及其制備方法，通過對納米SiO2粒子進行摻雜改性并涂敷于基底上，然后進一步在改性后的納米SiO2粒子上沉積0.5～10微米的薄膜，得到聚合物復(fù)合薄膜。本發(fā)明能夠有效提高薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性能。
文檔編號B32B9/04GK102275350SQ2011101192
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者劉景全, 彭廣彬, 楊春生, 柴欣 申請人:上海交通大學(xué)