沉积时间对聚醚醚酮表面类金刚石薄膜结构及性能的影响

doi:10.11901/1005.3093.2021-315

材料研究学报 DOI: 10.11901/1005.3093.2021-315

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沉积时间对聚醚醚酮表面类金刚石薄膜结构及性能的影响

崔丽¹,孙丽丽¹,郭鹏¹,马鑫^1,3,王舒远^1,2 汪爱英^1,2

1 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波 315201

2 中国科学院大学材料与光电研究中心北京 1000492

3 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安 710049

Effect of Deposition Time on the Structure and Performance of Diamond-like Carbon Films on PEEK

引用本文:

崔丽孙丽丽郭鹏马鑫王舒远汪爱英. 沉积时间对聚醚醚酮表面类金刚石薄膜结构及性能的影响[J]. 材料研究学报, 10.11901/1005.3093.2021-315.

全文: PDF(1723 KB)

摘要: 采用直流磁控溅射技术在聚醚醚酮（PEEK）表面制备不同厚度的类金刚石（DLC）薄膜，研究了沉积时间对其表/界面结构、组分、疏水、力学和光透过性能的影响。结果表明，在平均沉积速率为5.71 nm/min的条件下，随着沉积时间的延长DLC薄膜的厚度线性增大、碳原子的致密性提高、界面互锁结构增强，而界面结合强度逐渐降低。沉积时间≤15 min时，基体结构的影响使拟合计算出的I_D/I_G值为0.23~0.25和sp²/sp³比值较小（0.58~0.74）；沉积时间＞15 min时基体的影响较小，I_D/I_G值突增大至0.81，sp²/sp³值也比较大（0.96~1.12）。沉积时间的延长使PEEK基体的温度逐渐升高，使膜内的sp²/sp³值逐渐增大。薄膜表面的氧含量先降低然后趋于平缓，部分C=O转化为C-O。随着沉积时间的延长，PEEK/DLC复合薄膜的硬度、弹性模量及防紫外线和阻隔红外线性能都逐渐提高，其表面粗糙度和疏水性的变化趋势是先提高后降低。沉积时间为32 min的薄膜，其表面粗糙度和水接触角达到最大值，分别为495 nm和108.29°。

关键词 ：材料表面与界面, 聚醚醚酮, 类金刚石薄膜, 表面改性, 沉积时间, 界面结合

Abstract：DLC films with different thickness (11.26~230.93 nm) were prepared on PEEK via direct current magnetron sputtering with time ranging from 2 to 40 min. The effects of deposition time on the surface-interface structures and components, as well as the surface hydrophobic, the mechanical and optical transmittance properties of PEEK/DLC composite films are systematically explored. Results show that the time increase will enhance the film thickness linearly with an average deposition rate of 5.71 nm/min. The density of C atoms and the interface interlocking structure gradually increase, while the comprehensive interface adhesion decreases with time. By fitting peaks of Raman and XPS spectra, it is found that when the time ≤15 min, the ID/IG value by data fitting remains at 0.23~0.25 and the ratio of sp2/sp3 is low (0.58~0.74) due to the influence of substrate. When the time >15 min, as the substrate effect becomes weak, the ID/IG value has a great increase to 0.81, and the sp2/sp3 value turns to be high (0.96~1.12). Prolonging the time will lead to the rise of substrate temperature inducing the ascending of sp2/sp3 ratio. While the surface O content presents a low-flat trend and part of C=O bonds are transformed into C-O bonds. The hardness, elastic modulus as well as the anti-ultraviolet and infrared barrier properties of PEEK/DLC composite films will rise over time, while the surface roughness and hydrophobicity both have a high-low trend, reaching a maximum surface roughness and water contact angle of 495 nm and 108.29° at 32 min, respectively.

收稿日期: 2021-05-19

ZTFLH:

O484

基金资助:

王宽诚率先人才计划卢嘉锡国际团队 (GJTD-2019-13)，浙江省自然科学基金 (LQ20E020004)，宁波市科技创新

2025重大专项 (2020Z023)，宁波市科技创新2025重大专项 (2018B10012)

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