四氟化碳（CF4）等離子體表面活化法處理聚酰亞胺薄膜

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-10-18

等離子體表面活化法就是在非聚合性無機氣體環(huán)境下利用低溫等離子體技術(shù)在材料表面（幾十到數(shù)千埃范圍內(nèi)）生成活性基團(tuán)的方法。通過對聚酰亞胺的表面活化，打破聚酰亞胺分子機構(gòu)并引入含氟基團(tuán)，以達(dá)到降低材料介電常數(shù)和介電損耗的目的。

處于等離子體氣氛中的聚酰亞胺表面由于受到紫外輻照以及各種活性粒子如自由基、激發(fā)態(tài)活性分子、原子、離子和電子的沖擊，能夠有效地使其表面層中產(chǎn)生大量自由基，只需要短時間接觸，這種作用就很明顯。生成的自由基可與反應(yīng)器中的被等離子降解的四氟化碳形成含氟基團(tuán)，如—CF3、—CF2、—CF、—F等，從而達(dá)到降低介電常數(shù)和介電損耗的目的。

等離子體與材料表面的作用機理相當(dāng)復(fù)雜。當(dāng)存在外界激勵時，等離子體內(nèi)的電子得以不斷加速。在提升其自身能量的同時，通過相互間的碰撞將能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。當(dāng)?shù)入x子體高能電子撞擊材料表面時，將自身的能量傳遞給表層分子，使材料發(fā)生熱蝕、蒸發(fā)、交聯(lián)、降解、氧化等復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，從而改變材料的表面化學(xué)組成和性質(zhì)。

根據(jù)等離子體表面活化處理的類型，等離子體與高聚物的化學(xué)反應(yīng)原理可分成非反應(yīng)型等離子體和反應(yīng)型等離子體。

1. 非反應(yīng)型等離子體作用機理氫氣、氬氣等惰性氣體等離子體和高聚物材料接觸，理論上是不參與表面的任何反應(yīng)，高能粒子只是將能量轉(zhuǎn)移給表層分子，使材料表面產(chǎn)生大量自由基，相鄰高分子自由基能進(jìn)行相互反應(yīng)生成表面交聯(lián)層，也可能脫氫或脫去其他原子而形成雙鍵，或者與等離子體中活性種反應(yīng)生成一系列新的官能團(tuán)。

2. 反應(yīng)型等離子體反應(yīng)機理反應(yīng)型等離子體在氣相中不發(fā)生聚合反應(yīng)，但參與表面上的化學(xué)反應(yīng)，表面的化學(xué)組成也發(fā)生相應(yīng)的變化，同時引入大量特定的官能基團(tuán)，得到與基材表面原來特性不同的表面狀態(tài)。如氧氣、氮氣、空氣、二氧化碳等均為反應(yīng)型氣體，這些反應(yīng)型氣體首先經(jīng)等離子體化生成的活性種，高聚物材料本身受到等離子體產(chǎn)生的紫外光激發(fā)，也能生成活性基團(tuán)。這樣，反應(yīng)氣體的等離子體與高聚物發(fā)生一系列反應(yīng)，從而改變高聚物材料表面物理化學(xué)性質(zhì)。

采用反應(yīng)性氣體四氟化碳（CF4）來對聚酰亞胺薄膜進(jìn)行改性，其與聚酰亞胺薄膜反應(yīng)如下：

1）等離子體化

2）與四氟化碳等離子體反應(yīng)
四氟化碳等離子體化生成了許多活性基團(tuán)，例如—CF3、—CF2、—CF、—F等。這些活性基團(tuán)具有很高的化學(xué)活性，同時聚酰亞胺分子受等離子激發(fā)，一些化學(xué)鍵被打破，從而四氟化碳等離子體得以引入材料表面。

使用四氟化碳?xì)怏w（CF4）等離子處理聚酰亞胺薄膜，可以將含氟基團(tuán)引入薄膜表面。通過處理前后接觸角的改變以及XPS測量聚酰亞胺薄膜表面元素組成等手段，我們看到了有含氟基團(tuán)已成功引入到了聚酰亞胺薄膜上。但是由于等離子體處理是一種表面處理方式，其改性區(qū)域僅涉及材料100nm以內(nèi)極薄的一層，因此，其對產(chǎn)品整體化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)未產(chǎn)生顯著影響。

盡管含氟基團(tuán)的引入僅存在于聚酰亞胺薄膜表面，但是就是這些微量的氟元素也可以一定程度上降低聚酰亞胺薄膜材料的電子和離子的極化率。從介電常數(shù)和介電損耗的結(jié)果看，聚酰亞胺薄膜的介電常數(shù)和介電損耗在低頻區(qū)域顯著的降低。然而，我們也應(yīng)該看到等離子體處理對聚酰亞胺薄膜在高頻區(qū)域的改變不大，這也是由于等離子體處理本身的特性所決定的。和傳統(tǒng)方法相比，等離子體處理具有操作簡單，并且快速和高效的特點，同時，又不會改變材料原本的結(jié)構(gòu)和機械特性。

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