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金属纳米薄膜柔性导电材料性能研究

点击次数:905    发布日期:2019-08-06   本文链接:http://www.pibomo.com/news/879.html

随着电子技术的进步,柔性可穿戴电子设备逐渐向高运行速度与微型化的方向发展,这对设备中柔性导电材料的性能提出了更高的要求。金属纳米薄膜依靠其**的导热、导电性能与良好的柔性,使得金属纳米薄膜———高分子基底结构的导电材料逐渐应用在柔性电子领域中。

金属纳米薄膜柔性导电材料作为可穿戴电子设备中的重要组成部分,其导热、导电性能与设备的能耗、运行速度与稳定性等密切相关,成为研究的焦点。当金属薄膜的厚度下降到纳米量级时,薄膜内的热、电输运与体材料不同,其导热、导电性能均表现出明显的尺度效应。

聚酰亚胺是一种常被应用于高温除尘、航海绝热防火和航空等领域的高性能有机材料,具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温等优良性能。聚酰亚胺在作为金属薄膜的柔性基底方面有着巨大的潜力。近年来,众学者发现对环化后的聚酰亚胺进行适当热处理可以提高其热学、力学等性能,使其更适合应用在电子领域中。但对聚酰亚胺基底的热处理会引起其表面物理性质的变化,从而影响金属薄膜的导热、导电性能。

目前对金属薄膜导热、导电性能的研究主要集中在薄膜的制备条件与退火条件等方面。而金薄膜的基底直接关系到其生长过程,进而影响到薄膜的导电、导热等性能。本文使用磁控溅射技术在聚酰亚胺基底上制备出6. 4 nm 金薄膜,并利用瞬态电热技术( TET) 研究了基底种类、聚酰亚胺薄膜基底热处理时间与热处理温度对金薄膜面内方向导热、导电性能的影响,本工作对金属薄膜柔性导电材料的开发、应用有着重要的意义。
聚酰亚胺薄膜
使用瞬态电热技术测得聚酰亚胺基底表面6. 4nm 金薄膜面内方向的导热、导电系数和洛伦兹数,证明聚酰亚胺薄膜是一种**的柔性基底材料。并研究了聚酰亚胺薄膜基底热处理温度与时间对表面金薄膜导热、导电性能的影响。该研究对金属纳米薄膜———高分子基底结构柔性导电材料的开发及应用有着重要的意义。

( 1) 实验结果显示,镀在聚酰亚胺薄膜基底上的金薄膜的导热、导电系数远大于镀在聚酰亚胺纤维、玻璃纤维、蚕丝纤维和海藻纤维基底上的金薄膜。聚酰亚胺薄膜适合作为基底材料应用在柔性电子领域中。

( 2) 对聚酰亚胺薄膜基底热处理时间为1 h 时,随着热处理温度从50 ℃上升至200 ℃,金薄膜面内方向的导热、导电性能呈下降趋势。当热处理温度为200 ℃时,与未经热处理时相比,金薄膜导热系数和导电系数分别降低了32. 87%与32. 71%。对聚酰亚胺薄膜基底进行短时间热处理时,表面粗糙度随着热处理温度的上升而增加,不利于金薄膜面内方向的热传导与电传导。

( 3) 对聚酰亚胺薄膜基底热处理温度为200 ℃ 时,随着对基底热处理时间从0 h 升到1 h,金薄膜的导热、导电系数分别有32. 87%与32. 71%的衰减。但随着时间从1 h 提高到6 h,金薄膜的导热、导电系数又呈上升趋势,上升幅度分别达到141. 42%与88. 47%,6 h 后趋于稳定。对聚酰亚胺薄膜基底进行6 h以上的长时间热处理后,有利于提高聚酰亚胺基底的表面自由能,从而增强金薄膜的导热、导电性能,与基底未经热处理时相比,导热、导电系数分别提高了62. 1%与27. 3%。



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