基于紫外光触发的可降解聚合物材料性能及应用的研究

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随着电子产品的日益普及,大量电子器件在损坏或淘汰后会被废弃,这将导致废物堆积以及有毒物质污染等环境问题。对此,瞬态电子器件因其可自行降解的特点可以解决电子垃圾带来的环境问题。瞬态电子器件是一种正常情况下稳定发挥自身功能,而在受到特定外界触发条件后,能够快速失效的新型电子器件。瞬态性能优异的可降解材料是瞬态电子器件的关键。针对于目前瞬态材料的触发方式大多以水触发为主,该触发方式易受空气中水蒸气的影响,且降解速率较慢。针对这一问题,本研究采用紫外光作为触发信号,选用酸溶性聚合物环邻苯二甲醛(c PPA)为主要原料制备出一种在紫外光照下可自行降解的光辐射瞬态薄膜,并对光辐射瞬态薄膜构筑瞬态电子器件的应用进行探究。本文的主要研究工作如下:(1)设计光辐射瞬态系统,确定光辐射瞬态模型中各部分的组成成分,包括聚合物敏感材料的选择、光酸产生剂的选择和触发紫外光源装置的确定。并从化学角度对光辐射瞬态系统的降解机理进行阐述。(2)光辐射瞬态薄膜的制备以及影响其降解速率因素的探究,并对光辐射瞬态薄膜的性能进行表征。利用溶液铸造法配合负压恒温工艺制备出分布均匀、表面光滑的光辐射瞬态薄膜。利用超景深显微镜、原子力显微镜(AFM)、万能拉伸试验机、热重分析和凝胶渗透色谱(GPC)分别对光辐射瞬态薄膜的均匀性、机械性能、耐热性和光响应性进行表征。并通过核磁共振氢谱(~1H NMR)对光辐射瞬态薄膜中c PPA的实时含量进行表征,经过~1H NMR测试,光辐射瞬态薄膜在紫外光照25min后c PPA的含量从90%减少至12.4%,从而精确的反映出光辐射瞬态薄膜的降解程度。(3)对光辐射瞬态薄膜构筑电子器件的制备工艺进行探究。选用磁控溅射技术对光辐射瞬态薄膜表面溅射金属材料的种类、厚度和金属图案进行探究,为后续基于光辐射瞬态薄膜构建电子器件的设计奠定基础。(4)利用磁控溅射技术将光辐射瞬态薄膜作为衬底层构筑出瞬态叉指电极和瞬态二极管;作为中间介质层构筑出瞬态金属-绝缘体-金属(MIM)电容器;作为封装层构筑瞬态金属-氧化物-半导体(MOS)电容器。利用光辐射瞬态薄膜构筑出的四种器件均具有良好的电学性能,并能在紫外光照一定的时间内实现自行降解的效果。通过光辐射瞬态薄膜在电子器件中的不同组分,探究光辐射瞬态薄膜在构筑瞬态电子器件中的应用。
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