磁控溅射PP基氧化锌／铜层状膜性能研究

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1、第28卷第4期安徽工程大学学报V01．28．No．42013年12月JournalofAnhuiPolytechnicUniversityDec．，2O13文章编号：1672—2477(2013)04—0031—05磁控溅射PP基氧化锌／铜层状膜性能研究吴家斌，侯大寅，徐文正(安徽212程大学纺织服装学院，安徽芜湖241000)摘要：用磁控溅射法在PP非织造布表面沉积氧化锌，铜薄膜来增加抗静电、抗菌、抗紫外等性能．研究首先采用正交试验设计方法沉积铜薄膜，选择最优抗静电性效果的铜膜．铜膜参数为1Pa，20W，5min时，抗静电性能达到最好．接着在沉积最优铜膜的PP表面溅

2、射不同参数氧化锌形成层状膜，并利用扫描电子显微镜进行表面分析．结果表明，ZnO／Cu层状膜比ZnO单层膜颗粒明显且更加致密．经过测试后，镀层状膜的PP具有良好的抗紫外透过性和良好的抗菌性．氧化锌参数为0．5Pa，75W，40min，铜膜参数为1Pa，20W，5min具有最好抗紫外性．关键词：氧化锌；铜；层状膜；防紫外；抗静电；抗菌中图分类号：TS174文献标识码：A铜(Cu)膜因其具有良好的导热性、较低电阻率r1等优良性能，近年来在微电子领域得到越来越广泛地应用．纳米铜薄膜粒子尺寸小，达到纳米级，具有表面效应等特有性质，且具有良好的导电性能．氧化锌(ZnO)是一种新型

3、的宽禁带直接带隙半导体材料，晶体具有六方纤锌矿结构，室温下的禁带宽度为3．37eV，晶格常数a一0．325nm．纳米氧化锌粒径小于100nm，远小于紫外线的波长，因而吸收紫外线能力强[2]．由于纳米氧化锌颗粒小，比表面积大而具有许多特殊性质．其在阳光下尤其是在紫外光的照射下，能自行分解出自由电子(e一)，同时留下带正电的空：灰(h)．空穴可以激发空气产生活性氧([o])，微生物与[o]发生氧化反应而致死[3]，因此，纳米氧化锌具有抗菌性．现今主要采用溶胶一凝胶法制备纳米氧化锌整理剂来整理织物达到抗菌效果，通过磁控溅射得到纳米氧化锌薄膜实现其抗菌性的研究比较少．本文采用

4、磁控溅射直流方法先在丙纶(PP)上溅射铜膜，应用正交法得到最优抗静电性参数．在最优铜膜上采用射频磁控溅射方法，在室温下制备PP基ZnO／Cu层状膜，对多层膜的表面形貌、光学性质及抗菌性进行研究．1实验部分1．1材料基材：采用非织造丙纶(苏州普杰无纺布有限公司采用熔喷纺粘法)，试样尺寸为40mm×40mm．将非织造丙纶布放入无水乙醇与蒸馏水以1：1混合的溶液中，并在超声波清洗机中洗涤30min，用以除去非织造布表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后再用蒸馏水在超声波清洗机中清洗干净，最后放入约4O℃的烘箱中约20min，将试样烘干后放入干燥皿中留备实验用．试剂：无水乙醇(分析

5、纯)，牛肉浸膏(生化试剂)，营养琼脂培养基(生化试剂)，蒸馏水，大肠杆菌菌种．靶材：99．99Cu靶，直径为60mm；99．99ZnO靶，直径60mm．1．2仪器JP一007超声波清洗机(深圳市洁盟清洗设备有限公司)，超声频率40KHz；DHG一9053型电热恒温鼓风干燥箱(上海三发科学仪器有限公司)；JGP450超真空多靶磁控溅射设备(中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司)；日本日立S-48OO型冷场发射扫描电子显微镜(SEM)；FY342E织物感应式静电仪(温州方圆仪器有限公司)；HB902防紫外线透过测试仪(杭州赞成机电科技研发中心)．收稿日期：2013—07

6、—10基金项目：安徽工程大学校青年科研基金资助项目(2008YQ029ZD)作者简介：吴家斌(1989一)，男，安徽芜湖人，硕士研究生．通讯作者：侯大寅(1962一)，男，安徽庐江人，教授，硕导．安徽工程大学学报第28卷1．3铜膜沉积及静电性能测试用直流磁控溅射在非织造丙纶表面制备铜薄膜．将样品放入真空室内，打开旁抽阀，启动机械泵，开始抽真空，用真空计监测真空度．当真空度低于20Pa时，关闭旁抽阀，打开电磁阀，插0板阀，0启动0分子0泵，0继续抽真空．当真空度达到8×1OPa时，真空室已经达到高度真空时，充入高纯氩气(99．999)作为反应气体，氩气流量为60mL／m

7、in，转动插板阀调节至实验所需压强，然后以非织造丙纶为基底在常温下沉积铜膜．磁控溅射铜膜的时间越长，压强越大，功率越大，溅射到丙纶表面铜的颗粒就越多，导电性就越好，但结合牢度会降低]．不考虑压强、时间及功率的交互作用，为了选择出具有最佳抗静电性的磁控溅射铜膜参数，设计了3因素3水平的正交表，如表1所示．表1磁控溅射铜膜实验因素水平表⋯⋯。。纸以静电压半衰期(静电压减少一半所用的时间)为指标来评定磁控溅射铜膜的导电性能．半衰期越短，表明电子逸散速度越快，导电性能越好，抗静电效果越好．根据GB／T12703．1—2008纺织品静电性能评定第一部分静电压半