离子注入pet薄膜微观结构变化及导电机理的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com上12精细石油化工l992年离子注人PET薄膜微观结构变化及导电机理的研究，Z——些7"a多f4(西安交通大学)研究了离子注^PET薄膜引起的微观结柯变化及导电机理，用傅立叶红外分析法(Fr-IR-ATR)及电镜扫描(SEM)对离子注^前后PET膜的表面微观结柯的变化作了分析，用热刺激电流法()对离子注^后材料中的荷电粒子及种类作了分析研究离子注^塑料薄膜是一十复杂的随机的过程，引起了高分子材料复杂的结构损伤和化学变化：新元素的注^，双键的生成．分子的断裂，小分子的放出等，这些因

2、素导致了高分子材料导电性能的提高。关麓词：盟蓬越塑翌圭豳曼电扭理傅立叶红外分析法电镜扫描热刺激电流法1酌盲子材料在电子学方面应用的现实具有重要意在材料科学方面高分子材料以其质量义。本文介绍的就是用As离子注入PET薄轻、易加工、价格低等优点越来越受到人们重膜，测量了离子注入剂量对电性能的影响，用视，并在许多领域得到了广泛应用。随着科学电镜扫描及傅立叶变换红外光谱对离子注入技术的发展，人们渴望能把绝缘的高分子材PET前后材料的微观结构变化进行了分析，用热刺激去激化电流法研究探讨了离子注入料半导体或导体化，以拓宽其使用范围，提高对

3、高分子材料内部荷电粒子种类及数量的影其使用价值。因而离子注入技术作为材料改响。性的一种重要方法已被应用到高分子方面，2实验方法并且发展迅速a．离子注入PET薄膜厚度为15tJun，注入离子注入高分子材料会使其性能尤其是离子为，注入能量100kcV，剂量I×10”～电性能发生很大变化。当离子注入剂量从I×101'ions／cm：，在注入过程中，温度过高会10TM到IOions／lm时，电阻率会下降14到17使材料热收缩或变脆，试样被坏，因此，注入个数量级n这一变化的实质是由于注入离时束流取比较小的值2A。表面电阻率随剂子本身及其

4、能量在注入过程中使高分子材料量的值用2C36型10”超高电阻测试仪测试，的微观结构发生变化，但是由于高分子材料测量方法如图1所示。本身结构复杂，注入离子过程又是一个随机过程，因而离子注入提高高分子材料导电性国家自然科学基金项日。的机理还没有完全弄清楚。这一问题对高分维普资讯http://www.cqvip.com第4期精细石油化工13的关系，可以看出试样表面电阻率开始时谴注入剂量的增加而显著下降，但后来的下降l试怿l一)趋势逐渐减弱，并且当剂量超过1X10”弦弦ions／on时电阻率趋于稳定。、IL}在电场强度E的作用下，若单

5、位体积内围1有n个具有电荷量q的载流子，其迁移率为T测得的电阻R．根据公式pl—R．旱计算，则电阻率的倒数电导率可以表示为；比表面电阻率pl。a—qngb．FT—IR—ATR离子注入高分子材料的当材料内同时有几种载流子存在时，电深度为0．I～1tan。，微观结构的变化主要发导率为各种载流子贡献之和：生在此范围内，为了避免投有注入的部分对a：∑qlnII光谱分析的影响，分析的厚度不能超过离子离子注入PET时，由于注入离子轰击材注入的深度，一般的约外光谱不能作到这一料，结果会使高分子材料发生一系列化学变点，本文选用ATR来解决这一

6、问题。化，分子分解，偶极分子增多并易于电离，双c．电镜扫描：电镜扫描可以观察离子键产生，分子内空隙增大，注入的离子停留在注入对高分子材料表面的损伤，但高分子材材料中，这些变化一方面使导电微粒的种类料不导电，可以在试样表面蒸上一层很薄的增多，另一方面使单位体积的导电微粒的数金属，然后观察。目增多，分子内空隙的增大，使材料结构有利d．热刺激去激化电流()：TSC用来于导电微粒的迁移，这此因素使PET的表面分析离子注入薄膜前后试样内部荷电粒子种电导率增大，但是随着继续注入，这些因素相类及其数目的变化测量电路如图2。互作用，使导电微粒

7、数及其迁移率的增加受到影响，制约了表面电阻率的进一步增大，使表面电阻率随剂量的增加趋于稳定。幽2．先利用温度控制将试样升温到Th，合上S，对试样加电压于一定时间t，使试样充分极化，保持V不变，试样用液氮冷却到一50X2，这时介质的去极化几乎不可能，打开S，合上＆，以一定的升温速度B升温，随温度的逐渐升高，由于试样内部荷电粒子的种类不同，其活化能及松弛特性不同，因此不同的荷电粒子将表现出不同的去极化电流的温度效应。囤3As+注入PET睡表面电阻率与注入剂量的关系5实验结果与讨论3．2FT—IR—ATR分折3．1电性能与注入剂量的

8、关系图4是注入前PET的FT—IR—ATR谱图和图3是试样表面电阻率与离子注入剂量两面注入剂量为1X-10ioas／cmAs离子的维普资讯http://www.cqvip.com精细石油化工l992年FT—m—ATR谱图由图看出注入前后吸收峰片，注入离子具有较高的能量，使聚合