再生纤维素基底上氟碳膜的形貌、结构与性能研究

摘要

本文利用射频磁控溅射的方法，以纯度为99.99％的聚四氟乙烯(PTFE)为靶材，在再生纤维素基底上沉积氟碳膜，对不同的溅射工艺条件如靶基距、溅射功率和溅射压力进行了研究和探索。
　　 利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了氟碳膜的表面形貌，并估算了氟碳膜的沉积速率。从SEM照片上可以看出：随着靶基距、溅射功率和溅射压力的增加，沉积在再生纤维素基底上的氟碳粒子逐渐变小、变密，形状从不规则变成较为规则的近圆形，粒子间的孔隙逐渐变小，覆盖度增加。AFM的测试结果表明：沉积膜是一种垂直于基底表面的圆锥形岛状结构，每个岛又由许多纳米粒子组成，是一种较为复杂的团簇状二次结构。
　　 用X-射线光电子能谱(XPS)研究了氟碳膜表面结构随靶基距、溅射功率和溅射压力的变化规律，发现该法制备的氟碳膜F/C较低，严重偏离靶材PTFE的化学计量比，说明氟碳膜中氟不足而产生不饱和双键和支化结构。所以氟碳膜可能对紫外光有一定的吸收作用。对于氟碳膜，随着靶基距和溅射功率增加，F/C减小，而随着溅射压力的增加，F/C增加。刮下再生纤维素基底上的氟碳膜粉末，用KBr压片法得到氟碳膜的红外谱图，验证了部分XPS的分析结果。
　　 紫外分光光度计的测试结果表明：氟碳膜的吸收峰只有一个，最大吸收峰在300-330 nm之间，最大紫外吸光度随着靶基距、溅射功率和溅射压力的增加呈现逐渐增大的趋势。这主要是由于靶基距、溅射功率和溅射压力的增大使得沉积的氟碳粒子变小、变圆、数量增多，这些粒子对紫外光的散射作用增强所致。
　　 静态接触角的测试表明：氟碳膜的静态水接触角都大于或非常接近于90°，是一种疏水性能较好的膜。对于氟碳膜，随着靶基距和溅射功率的增加，接触角逐渐减小；而随着溅射压力增加，接触角逐渐增大。