防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究.pdfVIP

第六届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集 2006—5 防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究 王东1路建军2齐宏进2 1青岛出入境检验检疫局 2青岛大学 摘要：为了研究防水透湿聚酯织物上碳氟膜的微观结构，本文利用磁控溅射法在聚酯(PET)薄膜上制备了碳氟高 分子膜，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射、光电子能谱(XPS)对碳氟膜的纳米结构及其均匀性进行了初步 研究。表明在一定条件下制备的碳氟膜的生长表现出一定的有序性，具有网络和棒状纳米自组装的特征，碳氟膜呈 现一定的微观结构均匀性，但成分含量不同。 关键词：纳米结构；磁控溅射；碳氟膜 磁控溅射目前已成为一种非常有用的加工手段，广泛应用于金属、半导体及陶瓷膜的制备，具 有“低温”“高速”的特点u1。自20世纪70年代末，这种方法也用于生成碳氟高分子膜晗叫3。但大都 是通过四氟乙烯的溅射在金属、玻璃等基底上生成碳氟高分子膜，而在高分子上沉积并形成复合膜 还未见报道。 纳米结构临1是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新的体系，它包括 一维、二维和三维的体系。这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团蔟或人造超原子纳米管、纳米棒、 纳米丝以及纳米尺寸的孔洞。以纳米尺度的物质单元作为一个基元按一定的规律排列起来形成一维、 二维、三维的阵列，称为纳米结构体系。 纳米结构的自组装系统是通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德华键和弱的离子键 协同作用把原子、离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样，是一种整体的复 杂的协同作用。分子自组装膜(ShMs)技术是通过分子与基底之间的化学作用，从而使分子自发吸 附在固／液或固／气界面，形成与基片化学键连接的、热力学稳定的、规整排列的二维有序单层膜技 术。某些SAMs表面经过处理后，可以继续组装第二层SAMs，得到三维有序多层膜∞1。由于分子自 组装技术实现了在分子水平上进行设计和制造按人们预想次序排列的分子组合体系，所以作为表面 改性技术在新型微化学、生物传感器、金属表面润湿等方面得到广泛研究和应用。 1实验部分 1．1碳氟高分子膜的制备 利用青岛大学省重点纤维差别化实验室自制的多功能表明改性设备，在聚酯(PET)薄膜用聚四 氟乙烯(PTFE)为靶材，通过磁控溅射制备了复合膜。制备前，首先将PET薄膜用超声波清洗仪清 洗15分钟，干燥后放入真空室，而后开启设备，利用机械泵和油扩散泵二级抽真空系统抽真空，然 后通入99．9％的氩气，调节至下表l和表2规定的条件，制备复合膜。制备完毕，取出复合膜置于 干燥器中待用。 表1 碳氟膜的制各工艺条件(不同压力) 135 第六届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集 2006—5 ＼ 1．2扫描电子显微镜(S脒) 使用5EOL出品的JSM一840型扫描电镜，工作电压15KEY。观察前先用IEO一4型离子溅射仪在 样品上镀一层金膜便于观察。 1．3 X-ray衍射仪北京大学化学系Ri gaku Dmax／2000型X-ray衍射仪 1．4光电子能谱(XPS) 北京大学物化所光电子能谱室VG ESCA LAB5型，采用A1K。为X射线源， 工作电压250V，真空度为101Pa 2结果与讨论 2．1碳氟膜的纳米结构分析 2．1．1扫描电子显微镜(SEM)分析 碳氟膜的扫描电子显微镜(SEM)如图1、2和3。 图la(1万倍) 图2a(1万倍) 图lb(5万倍) 图2b(5万倍) 图3a(1万倍) 图3b(5刀倍) 图1是样品1的扫描电镜照片，1万倍下的照片显示出部分有序的棒状构型，长度基本相同， 较为均匀。从5万倍的电镜照片可以看到较大的颗粒是由几个小球状颗粒组成的。长度在300—400 纳米、棒宽度在100纳米左右。 图2是样品2的扫描电镜照片，1万倍的照片显示粒子已经紧紧连接起来；放大到5万倍，可 以清晰看出粒子已经连接成网状结构，连接网的粒子尺寸大约为20．30纳米，孔隙尺寸大约在300—400 纳米。 图3是样品4的扫描电镜照片，1万倍的照片显示大量密集的颗粒紧密排列，大小不等，几十 到一百纳米左右。5万倍的电镜照片能看出颗粒大小存在差异，小的约为40纳米，有一定的规整度。 从以上分析可以得出如下结论：一是利用磁控溅射法可以在高分子膜上制备生成碳氟高分子膜； 二是在一定的实验条件下，溅射膜的结构为纳米结构，呈现一定的有序性，初步认为这是纳米自组 装结构，也就是说这些纳米花样是通过内部范德华力和其它力的协同作用重复出现的。 2．1．2 X．ray衍射结果分析 第六届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集 2006-5 采用小角衍射和宽角衍射相结合的方法研究碳氟膜的纳米微观结构，样品2、1、3(样品Xl、 x2、x4)的X—ray衍射图如图4、5和6，25。的结晶峰为PE