Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

A.Stoica, V. Mocanu, J.Čupera, L.Kelar, T.Novotný Preparation of Multifunctional Protective Coatings on Polymer Substrates in Low Pressure RF Capacitive.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "A.Stoica, V. Mocanu, J.Čupera, L.Kelar, T.Novotný Preparation of Multifunctional Protective Coatings on Polymer Substrates in Low Pressure RF Capacitive."— Transkript prezentace:

1 A.Stoica, V. Mocanu, J.Čupera, L.Kelar, T.Novotný Preparation of Multifunctional Protective Coatings on Polymer Substrates in Low Pressure RF Capacitive Discharges V. Buršíková 1 D. Franta 1, D. Nečas 1, I. Ohlídal 1, P. Stahel 1, L. Zajícková 1 J. Buršík 2, P. Klapetek 3, V. Peřina 4, J. Zemek 5,T. Fořt 6 1 Masaryk University Brno, CR 2 IPM ASCR, Brno, CR 3 Czech Metrology Institute Brno, CR 4 Institute of Nuclear Physics ASCR, Rez at Prague, CR 5 Institute of Physics ASCR, Prague, CR 6 ISI ASCR, Brno, CR *

2 Obsah Úvod Materiál – polykarbonát - vlastnosti Vývoj ochranných vrstev na polymerní materiály The main tasks of the multifunctional film deposition Results on film characterisation Conclusion Future plans

3 Polykarbonát Polykarbonáty patří mezi termoplastické polymery čili termoplasty. Snadno se zpracovávají např. vstřikováním nebo lisováním za tepla. Mají dobrou tepelnou odolnost, odolnost proti nárazu a dobré optické vlastnosti. Patří proto mezi komoditní plasty.. •Termoplast je plastický, deformovatelný materiál, který si tyto vlastnosti uchovává i po zahřátí a opětovném ochlazení. Většina termoplastů jsou vysokomolekulární polymery, jejichž řetězce mezi sebou interagují slabými van der Waalsovými silami (polyethylen), silnějšími dipól-dipólovými interakcemi a vodíkovými vazbami (nylon) nebo π-π interakcemi mezi aromatickými kruhy (polystyren). Opakem termoplastů jsou termosety (reaktoplasty) (bakelit, vulkanizovaný kaučuk), které po termickém vytvrzení již nelze zpracovávat teplem. Název polykarbonátů je odvozený od funkčních karbonátových (uhličitanových) skupin (-O-(C=O)-O-), které v jejich řetězci spojují monomerní jednotky. Zkratka podle normy PC Materiál

4 Nejběžnější typ polykarbonátu se vyrábí polykondenzací 4,4'-dihydroxy-2,2- difenylpropanu (Bisfenolu A) s fosgenem podle zjednodušeného schematu: Průmyslové názvy Makrolon, Lexan, Barlon atd. Syntéza polykarbonátu

5 Hustota (ρ)1200–1220 kg/m³ Index lomu (n)1,584 Youngův modul (E)2–2,4 GPa Pevnost v tahu (σt)55–75 MPa Tvrdost H180 MPa Teplota tání (Tm)267 °C Teplota skelného přechodu (Tg) 150 °C Dielektrická konstanta (εr) při 1 MHz 2,9 Permitivita (ε) při 1 MHz2,568×10-11 F/m Materiálové vlastnosti PC

6 Výhody a nevýhody PC Lehký, pevný, rázuvzdorný, průhledný,čirý, málo hořlavý, dobře zpracovatelný, Propustné pro elektromagnetické záření nejen v oblasti viditelného světla, ale také pro část infračerveného světelného spektra Nízká volná povrchová energie Nízká tvrdost Nízká otěruvzdornost Nízká odolnost vůči působení chemikálií Degradace UV zářením

7 Na pracovišti jsou dlouholeté zkušenosti s plazmovými polymery na bázi křemíku připravené metodou plazmové depozice z plynné fáze (PECVD plasma ), Kterou lze realizovat přidáním některého organosilikonového monomeru (např. tetraetoxysiloxan TEOS – C 8 H 24 SiO 4, Octametylcyclotetrasiloxan C 8 H 24 SiO 4, hexametyldisiloxan HMDSO - C 6 H 18 Si 4 O 4 hexametyldisilazan HMDSZ - C 6 H 19 Si 2 N) do plynné směsi. Změnou depozičních podmínek lze připravit vrstvy velmi rozdílných optických, mechanických i elektrických vlastností. Proto tyto vrstvy mohou mít uplatnění jako vertikálně členěné multifunkční ochranné vrstvy na plastové materiály, antikorózní vrstvy nebo v mikroelektronice jako dielektrické vrstvy s nízkou dielektrickou konstantou. Na katedře fyzikální elektroniky byla a je depozice těchto vrstev v nízkotlakém kapacitním vf výboji již několik let studována v rámci přípravy ochranných vrstev na polykarbonáty.

8 Experimentální vybavení Experimentální vybavení Nízkotlaký, kapacitně vázaný vysokofrekvenční výboj, frekvence MHz. Dodávaný výkon P od 50 do 450 W. Stejnosměrné záporné předpětí U b od 25 do -400 V. Průtok kyslíku Q O2 od 0 do 80 sccm. Průtok HMDSO (C 6 H 18 Si 2 O) Q HMDSO 4 sccm.

9 Experimentální vybavení 2 Experimentální vybavení 2

10 Plasma treatment of PC in Ar, O 2, N 2 or H 2 plasma. P in the range from 25 to 100 W. Gas flow in the range from 1 to 7 sccm. Treatment time in the range from 15 s to 15 minutes Diagnostics: Contact angle measurement (See System, Advex Instruments) by regression Acid-base methode using 6 liquids Water (w), Glycerol (g), Ethylene glycol (e), Diiodomethane (d), Formamide (f), α- bromonaphtalene (b) Study of indentation induced delamination – coating of the surface by film with high compressive stress

11 Studium volné povrchové energie opracovaných PC – studium stárnutí

12 Studium efektu opracování plazmatu na základě studia indentačně indukované delaminace následně nanesené vrstvy s kompresivním pnutím

13 Vliv pnutí ve vrstvách

14 Tensile stress in films SEM image of the indentation induced cracking of film with high tensile stress. SEM image of the crack network developed around the matrix of indentation prints.

15 Study of the fracture toughness of thin film - indentation induced cracking Fracture toughness could be expressed from the indentation test according to [Guillou and Anstis ] by the following equation where 2a is the Vickers indentation diagonal, c is the crack length, E is the Young modulus and L is the applied load

16 Compressive stress in thin films SEM image of the wrinkling and buckling of PP-HMDSO film on PC (polycarbonate) substrate due to high compressive stress. SEM image of the cracking and delamination of the buckled partsof the PP-HMDSO coating initiated by local heating of the coating-substrate system.

17 Study of the interfacial fracture toughness - indentation induced delamination The interfacial fracture toughness K ic could be estimated from the radius the delaminated area and the corresponding indentation load according to [Thouless]. c is the radius of the delaminated area, t is the coating thickness, L is the applied load and H is the hardness.

18 Odezva vrstvy SiO 1.8 C 0.7 H 2.0 na vtiskovou zkoušku. Povrch PC byl ošetřen v argonovém plazmatu při výkonu P=100W. Odezva vrstvy SiO1.8C0.7H2.0 na vtiskovou zkoušku. Povrch PC byl ošetřen v kyslíkovém plazmatu při výkonu P=400W. Studium efektu opracování plazmatu na základě studia indentačně indukované delaminace následně nanesené vrstvy s kompresivním pnutím

19 Použitý plynP[W]L c [mN] h c [  m] G int [J/m 2 ]E int [GPa]K int [MPa m 0.5 ] Argon      Argon      Kysl í k      Kysl í k      Studium efektu opracování plazmatu na základě studia indentačně indukované delaminace následně nanesené vrstvy s kompresivním pnutím Závislost kritické zátěže Lc na kritické hloubce hc, energie rozhraní Gint a lomová houževnatost Kint na typu ošetření v plazmatu (P je použitý výkon).

20 Results SiOxCyHz coatings on PC substrate Graded SiOxCyHz coatings on PC substrate

21 Plasma treatment of PC in N 2 or H 2 plasma

22 wdgγ tot γ LW γ AB γ+γ+ γ-γ- [o][o][o][o][o][o][mJ/m 2 ] Untreated, clean PC substrate Treated 10 min, 1 sccm H 2, 50 W Treated 1 min, 1 sccm H 2, 50 W Treated 15 s, 1 sccm H 2, 25 W Treated 15 s, 1 sccm H 2, 23 W Treated 1 min, 1 sccm N2, 50 W * ) * ) Treated 15 s, 1 sccm N2, 50 W Treated 10 min, 1 sccm N2, 50 W * ) * )

23 Coatings SiO x C y H z on PC from gas mixture of HMDSO+ O 2 SiO x C y N z H q on PC, PPS, BMC from HMDSO + N 2 (+CH 4 ) SiO x C y N z H q on PC, PPS, BMC from HMDSZ + N 2 (+CH 4 ) HMDSO = SiO 2 C 6 H 18 = O[Si(CH 3 ) 3 ] 2 HMDS = SiN 2 C 6 H 19

24 SiO x C y H z on PC from gas mixture of HMDSO+ O 2 Deposition parameters for selected samples and atomic composition of the prepared films obtained by RBS/ERDA.

25 SiO x C y H z on PC from gas mixture of HMDSO+ O 2

26 IBWAP2009 Constanta Indentation depth [μm] Load [mN] VI15Paint PC VI19

27 SiO x C y N z H q on PC from HMDSZ + N 2 IBWAP2009 Constanta

28 RBS/ERDA IBWAP2009 Constanta

29 XPS IBWAP2009 Constanta

30 Load/Depth dependence of films on PC Indentation depth [μm] Load [mN] VI15Paint PC VI19 IBWAP2009 Constanta

31 UV degradace PC

32

33 Summary Transparent protective layer on PC: Hardness 0.7 – 10 GPa, Elastic modulus 5 – 80 GPa,

34 Future work  Following with the deposition on large samples;  Further optimization of coatings on PC from the point of view of UV absorption.

35 Acknowledgement This work has been supported by:  Ministry of Industry and Trade, contract FTTA5114;  Science Foundation of the Czech Republic, contract 202/07/1669;  Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic, contract MSM

36


Stáhnout ppt "A.Stoica, V. Mocanu, J.Čupera, L.Kelar, T.Novotný Preparation of Multifunctional Protective Coatings on Polymer Substrates in Low Pressure RF Capacitive."

Podobné prezentace


Reklamy Google