聚酰亚胺薄膜的疏水改性及其性能研究

摘要

在惯性约束激光聚变（ICF）研究中，通常采用具有优异的力学性能的聚酰亚胺薄膜作为柱腔封口膜，从而实现柱腔与真空靶室的隔离。近年来，随着ICF研究的深入发展，物理实验不再局限于常温下进行，还需要在低温或者超低温环境中进行。然而，低温物理实验发现，当靶处于高真空、超低温环境时，柱腔封口膜上会出现污染物凝结现象，严重破坏激光传输效率，影响物理实验开展，并对实验数据的准确性有着重要影响。发展具有自清洁功能的疏水薄膜，将可能从根本上解决封口膜表面污染物凝结问题，为物理实验提供一种可能的解决方案。 本论文发展了两种聚酰亚胺封口膜的表面改性方法，有效的调控了薄膜表面浸润性。 第一部分中，采用CNTs，POSS，FSiO2等纳米级粒子无机物进行掺杂，通过简单的溶液混合法，将纳米粒子均匀的混入聚酰胺酸溶液中，最后制备得到聚酰亚胺薄膜。由于纳米粒子的引入，改变了薄膜表面微观结构，从而增大了薄膜对水的接触角。 第二部分中，采用等离子刻蚀联合表面接枝改性方法对聚酰亚胺薄膜进行改性。等离子刻蚀是对薄膜进行表面改性的重要方法之一。通过等离子体处理，能够有效的增加薄膜表面的粗糙度，并且刻蚀后薄膜表面可生成能够进一步接枝改性的活性基团，通过接枝改性方法，能够在薄膜表面引入具有低表面能的分子结构。在改变了薄膜表面微观结构的同时，也改变了薄膜表面的化学组成，使得薄膜的疏水性和疏油性都有了很大的提高。研究表明，同时对材料表面微观结构和表面化学组成进行改变，对材料表面的浸润性影响更大，这一工作为将来的研究提供了一个良好的思路。

目录

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1　绪论

1.1.1　疏水表面概述

1.1.2　Young’s方程模型

1.1.3　Wenzel模型

1.1.4　Cassie-Baxter模型

1.1.5　Wenzel-Cassie模型

1.2　自然界中的疏水表面

1.3　疏水表面常用的制备方法

1.3.1　无机物掺杂法

1.3.2　刻蚀法

1.3.3　表面氟化法

1.4　疏水表面的性质以及应用

1.4.1　疏水材料表面性质

1.4.2　疏水材料的应用

1.5　课题研究的背景

1.6　研究方案

2　无机物掺杂聚酰亚胺的性能研究

2.1　引言

2.2.1　实验试剂及材料

2.2.2　实验仪器

2.2.3　实验过程

2.2.4　聚酰亚胺薄膜样品的表征手段

2.3　结果与讨论

2.3.1　基底对薄膜表面粗糙度影响的分析

2.3.2　PI薄膜和POSS/PI复合薄膜结构分析

2.3.3　PI和POSS/PI复合薄膜表面形貌特征分析

2.3.4　PI薄膜和POSS/PI复合薄膜的力学性能分析

2.3.5　接触角测试分析

2.4　本章小结

3　等离子体改性增加薄膜疏水性研究

3.1　前言

3.2　实验部分

3.2.1　实验试剂及材料

3.2.2　实验仪器

3.2.3　实验过程

3.2.4　性能测试及表征

3.3　结果与讨论

3.3.1　薄膜厚度分析

3.3.2　薄膜的化学结构分析

3.3.3　薄膜的表面粗糙度和表面形貌分析

3.3.4　接触角测试分析

3.3.5　力学性能测试

3.4　本章小结

4　改性含氟聚酰亚胺薄膜的疏水性研究

4.1　前言

4.2　实验部分

4.2.1　实验试剂及材料

4.2.2　实验仪器

4.2.3　实验过程

4.2.4　性能测试及表征

4.3　结果与讨论

4.3.1　等离子处理时间对表面粗糙度的影响

4.3.2　薄膜的表面粗糙度和表面形貌分析

4.3.3　接触角测试

4.4　本章小结

总结

致谢

参考文献