铜合金表防护性薄膜的制备及表征

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铜是生产生活中不可或缺的金属材料。铜具有良好的抗电子迁移能力,因此在微电子领域比起铝有着更为广泛应用;铜的电阻率较低,因此也普遍应用于导线的制造以及大规模集成电路的制造。然而由于它较低的标准电极电位,使得其表面非常容易被水或水溶液所浸润,因此容易被污染而加重腐蚀。目前,金属防腐蚀措施种类繁多,在材料基底表面涂覆一层有机物是行之有效的方法之一,该法不仅能提高基底的耐腐蚀性能,还可使亲水表面转变为疏水表面,一定程度上达到了表面自清洁效果,因而大幅提高了产品的性能,所以在生产应用方面具有非常广阔的前景。本实验将6-(3-三乙氧基硅基丙基氨)-1,3,5-三嗪-2,4-二硫醇单钠盐(TES),壳聚糖(CTS),十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)三种原料,通过自组装方法依次覆盖在铜基底表面,使铜表面形成具有抗腐蚀性的功能高分子纳米薄膜。自组装薄膜的最佳成膜条件通过正交试验进行确定。与传统方法相比,由于CTS的加入,通过一系列实验条件的探究,力在增加TES与硅烷的结合位点,以期增加防护性复合膜的均匀性、致密性、疏水性等性能,从而使金属表面实现更好的耐腐蚀性能。具体内容分为以下几个部分:首先是对最佳实验条件的确定。首先通过正交试验确定:(a)TES最佳水解条件为:醇水比Vr=90:10;TES浓度c=3mmol/L;组装液pH=3;水解时间t=1h;水解温度T=35℃。(b)水解后的TES在打磨过的铜样品表面上的最佳组装条件为:组装时间为1h、固化温度100℃、固化时间30min。经分析发现在以上反应条件中pH对自组装膜(SAM)的保护效率影响最大。(c) CTS组装条件为:浓度c=0.5g/L、组装温度T=30℃、组装时间t=0.5h、固化时间t=20min、固化温度T=120℃。(d) HDTMS水解条件为:溶液体积比为V(C2H5OH):V(H2O):V(HDTMS)=95:4:1、水解时间t=24h、水解温度T=35℃。(e)HDTMS组装条件为:组装温度T=35℃、组装时间t=1h、固化温度T=150℃、固化时间t=15min。其次是对抗腐蚀性薄膜性能的表征。镀膜样品在0.5mol/L的氯化钠溶液中的动电位极化曲线测试结果表明聚合膜对样品的保护效率达到了97.9%,较之于未添加壳聚糖的保护效率(88.0%)有非常明显的提高;在0.1mol/L的NaOH溶液中的测试结果显示:较之于未添加壳聚糖的样品,其循环伏安数学面积降低了两个数量级,表明其致密性有了非常大的改善;接触角测试结果显示:虽然在TES上组装CTS后其接触角从79o降低到70o,然而,再组装HDTMS后形成的功能性薄膜的接触角却从119o升高到133o,由此可知添加壳聚糖后的复合膜疏水性增强,进一步证明了壳聚糖的加入提高了复合膜的防腐蚀能力;通过扫描电子显微镜、开路电位、盐水实验等方法表征得到的结果均支持以上结论。
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