一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法。以高純金屬銅（直徑為100mm）為靶材，以滌綸紡粘非織造布為基材，首先采用低溫氧等離子體預(yù)處理技術(shù)對基材表面進(jìn)行預(yù)處理，然后通過高真空射頻磁控濺射沉積技術(shù)，在滌綸基材表面沉積納米金屬銅膜，將制備的試樣放置于室溫大氣環(huán)境下90天，分析其表面形貌、化學(xué)成分、元素含量及電阻值變化規(guī)律。利用本發(fā)明制備的滌綸基納米銅薄膜復(fù)合材料具有一定的導(dǎo)電時(shí)效性，能實(shí)現(xiàn)在大氣環(huán)境中放置時(shí)間的變化，不容易引起材料表面成分及化學(xué)狀態(tài)的變化，導(dǎo)電性能從降低狀態(tài)到逐漸趨向穩(wěn)定的過程，說明了滌綸基納米銅薄膜復(fù)合材料導(dǎo)電時(shí)效性。
【專利說明】一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法，屬于復(fù)合高分子材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]滌綸織物因其獨(dú)特的性能和較低的成本被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，具有強(qiáng)度高，彈性好，剛性大、尺寸穩(wěn)定性好，可混紡性好等優(yōu)越的物理機(jī)械性能。納米銅顆粒尺寸小、有效面積大，具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特有的性能，以滌綸織物為基布的納米銅膜復(fù)合材料是比較理想的功能材料，可用于開發(fā)電磁屏蔽材料、抗靜電織物、醫(yī)用抗菌面料等各種新型紡織品，可以應(yīng)用在化工、光學(xué)、紡織、電子、醫(yī)學(xué)等行業(yè)。
[0003]納米銅薄膜在室溫大氣下容易氧化，同時(shí)室溫大氣中存在濕氣，通過滲透作用容易到達(dá)銅膜層的表面，有利于銅膜層的遷徙，引起銅膜層的晶化。在銅膜層的晶化作用下，產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，使得上層氧化物層與銅膜層的結(jié)合力降低，導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)的破壞，從而影響滌綸基金屬薄膜復(fù)合材料導(dǎo)電性能。
[0004]針對以上問題，本發(fā)明首先借助低溫等離子體技術(shù)對滌綸織物表面進(jìn)行預(yù)處理，射頻磁控濺射技術(shù)實(shí)現(xiàn)滌綸織物表面形成導(dǎo)電涂層，從而提高金屬薄膜與滌綸織物間的結(jié)合牢度，制得導(dǎo)電復(fù)合高分子材料，然后將試樣放置于室溫大氣環(huán)境中90天，不容易引起材料表面成分及化學(xué)狀態(tài)的變化，導(dǎo)電性從降低狀態(tài)到逐漸趨向穩(wěn)定的過程，說明了滌綸基納米銅薄膜復(fù)合材料導(dǎo)電時(shí)效性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法。
[0006]一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料，其特征在于:
[0007]由滌綸紡粘非織造布作為基材，及附著在其表面的金屬涂層組成；
[0008]所述滌綸紡粘非織造布，面密度為100g/m2 ；
[0009]所述金屬涂層為金屬銅涂層；
[0010]所述滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料導(dǎo)電性能具有一定的時(shí)效性。
[0011]所述滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料的制備方法，其特征包括以下步驟:
[0012]步驟1、首先利用低溫氧等離子體表面改性技術(shù)，對滌綸紡粘非織造布表面進(jìn)行預(yù)處理；
[0013]其中預(yù)處理工藝參數(shù)為:溫度為室溫，射頻功率為70W，氧氣壓強(qiáng)為30Pa，氧氣處理 3min ；
[0014]步驟2、然后利用高真空射頻磁控濺射技術(shù)在上述滌綸紡粘非織造布表面沉積金屬銅涂層；具體參數(shù)為:靶材為高純金屬銅，濺射功率為120W，氬氣流量為20sCCm，氣體壓強(qiáng)為0.2Pa，基材溫度為常溫，濺射時(shí)間30min.[0015]所述滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料導(dǎo)電性能具有一定的時(shí)效性，其特征在于:[0016]將制備的試樣放置于室溫大氣環(huán)境中90天，測試試樣表面形貌、化學(xué)成分及電阻值的變化規(guī)律，具體過程為:
[0017]a.將試樣放置在室溫大氣環(huán)境中60、90天，其中環(huán)境溫度為25°C，相對濕度為30%，通過掃描電鏡觀察試樣表面形貌的是否發(fā)生變化。
[0018]b.將在正常大氣壓環(huán)境下制備的試樣及放置90天的試樣，通過X射線能譜儀分析測試試樣表面化學(xué)成分是否發(fā)生變化。
[0019]c.試樣放置在大氣環(huán)境中，每隔10天通過四探針測試儀對試樣電阻進(jìn)行測量，連續(xù)90天，確定試樣表面電阻隨時(shí)間變化規(guī)律。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的滌綸非織造布表面鍍銅試樣在室溫大氣下放置60、90天SEM圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的滌綸非織造布表面鍍銅試樣EDX表征:(a)濺射樣(b)放置90天濺射樣。
[0022]圖3為發(fā)明的試樣表面原子含量變化(a)濺射樣，(b)放置90天的濺射樣。
[0023]圖4為本發(fā)明的試樣在大氣環(huán)境中放置90天前后XPS圖。
[0024]圖5為本發(fā)明的滌綸非織造布表面鍍銅試樣表面電阻隨放置時(shí)間變化關(guān)系圖
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]—種滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料，其特征在于由滌綸紡粘非織造布作為基材，及附著在其表面的金屬涂層組成。
[0028]所述的滌綸紡粘非織造布，面密度為100g/m2，金屬涂層為金屬銅涂層，鍍膜時(shí)間為 30min。
[0029]實(shí)施例2
[0030]一種滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料的制備方法，通過以下步驟來實(shí)現(xiàn):
[0031](I)首先選用面密度為100g/m2的滌綸非織造布，并將其剪成20cmX 20cm大小，共3塊，進(jìn)行預(yù)處理。
[0032]將以上基材放入丙酮與蒸餾水以1:1混合的溶液并用超聲波洗滌器洗滌30min，為了防止丙酮揮發(fā)，用保鮮膜將杯口封緊，浸洗時(shí)用玻璃棒充分?jǐn)噭?，將滌綸基布表面的油污、灰塵等清洗干凈，用蒸餾水反復(fù)漂洗干凈，接著將試樣放入約50°C的烘箱烘干約15min,最后將試樣放進(jìn)樣品袋。
[0033](2)然后利用低溫氧等離子體表面改性技術(shù)，對基材表面改性處理。
[0034]將基材依次放入低溫等離子體真空腔內(nèi)進(jìn)行表面處理。首先將真空腔關(guān)閉，打開真空泵抽真空，等到壓強(qiáng)降到IOPa以下，通過氧氣流量調(diào)至所需壓強(qiáng)，然后射頻源調(diào)節(jié)所需功率，設(shè)定好處理時(shí)間后，接著依次關(guān)閉射頻源，壓強(qiáng)計(jì)，真空泵，打開進(jìn)氣閥等待2-3min后打開真空腔蓋，放入樣品，接著重復(fù)抽真空步驟，待壓強(qiáng)達(dá)到IOPa以下，通過氧氣流量調(diào)至所需壓強(qiáng)，然后同時(shí)打開射頻源開關(guān)和時(shí)間開關(guān)，開始計(jì)時(shí)，3個(gè)樣品處理好后，關(guān)閉所有按鈕，打開真空腔閥門，將實(shí)驗(yàn)處理完的3個(gè)樣品放入干燥袋中待用。
[0035]所述步驟(2)中工藝參數(shù)為:溫度為室溫，射頻功率為70w，氧氣壓強(qiáng)為30Pa，氧氣處理3min。
[0036](3)接著利用高真空射頻磁控濺射技術(shù)在上述滌綸非織造布表面沉積金屬銅涂層。
[0037]所述步驟(3)中具體參數(shù)為:靶材為高純金屬銅，濺射功率為120W，氬氣流量為20sccm，氣體壓強(qiáng)為0.2Pa，基材溫度為常溫，濺射時(shí)間30min.[0038]實(shí)施例3
[0039]一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法，其特征在于通過以下步驟來實(shí)現(xiàn):
[0040]將實(shí)施例2制備的試樣放置于室溫大氣環(huán)境中90天,測試試樣表面形貌、化學(xué)成分及電阻值的變化規(guī)律，具體過程為:
[0041](I)將試樣放置在室溫大氣環(huán)境中60、90天，其中環(huán)境溫度為25，°C相對濕度為30%，通過掃描電鏡觀察試樣表面形貌。在正常大氣環(huán)境下放置60天后，薄膜表面出現(xiàn)裂縫，連續(xù)性受到破壞，但是薄膜還是連成整體的；在室溫大氣環(huán)境下90天過程中，薄膜表面裂縫逐漸擴(kuò)大，還可看出部分薄膜已經(jīng)脫落，露出纖維表面光滑的形貌。如圖1所示。
[0042](2)將在室溫大氣壓環(huán)境下制備的試樣及放置90天的試樣，通過X射線能譜儀分析測試試樣表面化學(xué)成分。放置前和放置后試樣表面的原子種類沒有發(fā)生變化，只有C、Cu、O這三種原子，并沒有產(chǎn)生新原子。由于濺射時(shí)間只有30min，圖譜中的碳、氧原子含量較高，放置前滌綸基布原樣表面本來應(yīng)該含有碳、氧原子，在低溫等離子體真空腔中可能會含有殘留的氧原子吸附在基材表面，因此濺射試樣中氧的含量較高。如圖2所示。
[0043]通過X射線能譜測試分析，自動得到放置前后試樣表面銅、氧原子百分比含量，放置90天的試樣表面氧原子含量增加，銅原子含量降低，說明樣品在普通大氣環(huán)境下發(fā)生了物理或化學(xué)變化，如圖3所示。
[0044](3)濺射試樣在大氣環(huán)境中放置90天前后XPS圖，如圖4所示。兩個(gè)試樣的Cls的結(jié)合能都已經(jīng)以Eb=284.6ev進(jìn)行校正，得到的濺射試樣和放置90天的濺射樣表面Ols的結(jié)合能分別是531.17ev和531.33ev。通過檢索文獻(xiàn)=Cu2O中的晶格氧的結(jié)合能為529.2ev,吸附或溶解氧的結(jié)合能為530.5ev-532.0ev，羥基中的氧的結(jié)合能為531.7eV，所以推斷:薄膜中的氧原子不是來自于Cu2O,因此Cu沒有被氧化成Cu20。氧原子只是吸附在試樣表面，并沒有生成晶態(tài)的Cu20。
[0045]圖4中派射試樣和放置90天的試樣表面Cu2p的結(jié)合能分別是932.6ev, 932.8ev,根據(jù)Cu單質(zhì)的結(jié)合能是932.9ev, Cu2O的結(jié)合能是952.3ev, CuO的結(jié)合能是953.6ev,所以測試得到的試樣表面Cu2p的結(jié)合能最符合Cu單質(zhì)的結(jié)合能，即為零價(jià)的銅，化合價(jià)沒有發(fā)生變化，氧只是吸附在薄膜表面。
[0046](4)試樣放置在大氣環(huán)境中，每隔10天通過四探針測試儀對試樣電阻進(jìn)行測量，連續(xù)90天，確定試樣表面電阻隨時(shí)間變化規(guī)律，如圖5所示。試樣在室溫大氣下放置90天，其方塊電阻從3.21 Ω增加到8.38 Ω，總體來看，在室溫大氣下放置90天的薄膜電阻值并不高，仍具有良好的導(dǎo)電性能，該結(jié)果也與X射線光電子能譜儀(XPS)測試結(jié)果中的納米銅沒有被氧化相符。[0047]圖5中可看出，試樣在各階段的電阻值變化，前60天內(nèi)方塊電阻變化比較快，后來30天的電阻值雖有所增加，但基本趨于穩(wěn)定。結(jié)合圖1和圖2試樣形貌可看出，纖維表面的納米銅薄膜從裂縫開始慢慢地分離直到脫離纖維剝落這個(gè)過程主要發(fā)生在前60天，使得試樣電阻值變化比較明顯，60天后薄膜脫離纖維的過程基本結(jié)束，導(dǎo)電性能基本趨于穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)電時(shí)效性的滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料制備方法，其特征在于: 由滌綸紡粘非織造布作為基材，及附著在其表面的金屬涂層組成； 所述滌綸紡粘非織造布，面密度為100g/m2 ； 所述金屬涂層為金屬銅涂層； 所述滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料導(dǎo)電性能具有一定的時(shí)效性。
2.權(quán)利要求1所述滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料的制備方法，其特征包括以下步驟: 步驟1、首先利用低溫氧等離子體表面改性技術(shù)，對滌綸紡粘非織造布表面進(jìn)行預(yù)處理；其中預(yù)處理工藝參數(shù)為:溫度為室溫，射頻功率為70 W，氧氣壓強(qiáng)為30Pa，氧氣處理3min ； 步驟2、然后利用高真空射頻磁控濺射技術(shù)在上述滌綸紡粘非織造布表面沉積金屬銅涂層；具體參數(shù)為:靶材為高純金屬銅，濺射功率為120W，氬氣流量為20sCCm，氣體壓強(qiáng)為0.2Pa，基材溫度為常溫，濺射時(shí)間30min。
3.權(quán)利要求1所述滌綸基納米金屬薄膜復(fù)合材料導(dǎo)電性能具有一定的時(shí)效性，其特征在于: 將權(quán)利要求2制備的試樣放置于室溫大氣環(huán)境中90天,測試試樣表面形貌、化學(xué)成分及電阻值的變化規(guī)律，具體過程為: 1)將試樣放置在室溫大氣環(huán)境中60、90天，其中環(huán)境溫度為25°C，相對濕度為30%，通過掃描電鏡觀察試樣表面形貌的是否發(fā)生變化； 2)將在正常大氣壓環(huán)境下制備的試樣及放置90天的試樣，通過X射線能譜儀分析測試試樣表面化學(xué)成分、元素含量及化合價(jià)是否發(fā)生變化； 3)試樣放置在大氣環(huán)境中，每隔10天通過四探針測試儀對試樣電阻進(jìn)行測量，連續(xù)90天，確定試樣表面電阻隨時(shí)間變化規(guī)律。
4.權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于:所述基材預(yù)處理前，先進(jìn)行清洗，然后烘干；濺射開始前，先進(jìn)行預(yù)濺射，以去除所述金屬靶材表面氧化物。
【文檔編號】D06M101/32GK103485170SQ201310358950
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月18日
【發(fā)明者】孟靈靈, 黃新民, 高大偉 申請人:鹽城工學(xué)院