等离子体处理对石墨膜表面亲水性的影响

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• 作者：等离子清洗机-CRF plasma等离子设备-等离子表面处理机厂家-诚峰智造
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• 发布时间：2021-02-19
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【概要描述】        石墨膜是近年来兴起的一种新型散热材料，其水平方向具有超高的热传导率。但是由于石墨膜是层状晶体结构，在片层之间存在范德华力，使石墨膜垂直方向的热传导率较差，甚至具有一定的隔热效果，这严重影响了石墨膜的散热性能。         石墨膜/金属基复合材料，通过利用金属材料优良的导热性能，有效地弥补了石墨膜垂直方向热传导率不佳的缺点，目前主要的制备方式是在石墨膜表面磁控溅射铜等金属薄膜或通过复卷机将石墨膜、导热胶以及金属材料复合成形。         采用磁控溅射法制备石墨膜/金属基复合材料，成本昂贵，能耗高，难以实现大尺寸材料制备和连续化生产。通过复卷机制备石墨膜/金属复合散热片，由于该方法使用的金属板材较厚，且中间导热胶粘层的热性能差，严重影响了散热性能。         由于石墨膜表面光滑且具有很强的疏水性，导致石墨膜与金属薄膜之间的界面性能很差，石墨膜与金属薄膜之间的结合力非常弱。因此，如何提升石墨膜的亲水性是增强石墨膜与金属镀层之间结合力的关键问题。         石墨膜经等离子体处理后，表面被刻蚀并且引入含氧极性基团，等离子体处理显著提高了石墨膜表面的亲水性。         等离子体改性只发生在材料表面，能在不改变材料固有性能的前提下，充分改善材料的表面性能，是一种操作简单、清洁高效、节能环保的表面改性方法。         等离子体处理前后的石墨膜表面均含有C、O元素，但根据石墨膜的分子结构式可知，未处理的石墨膜不可能含有氧元素，而经全扫描发现石墨膜原样含有微量氧元素，可能因为石墨膜在进行XPS之前处于大气环境，空气中杂质或者水蒸气吸附在石墨膜表面上，从而引入了氧元素。         经等离子体处理后又引入羟基、羧基等含氧官能团，致使石墨膜表面化学组成发生了明显的变化，C原子数分数由处理前的98.37%下降到83.13%，O原子数分数由处理前的1.63%提高到16.87%，O/C含量比由处理前的1.66%提高到20.29%。这些含氧基团的引人是石墨膜表面亲水性提高的原因之一。         镀铜样品的剥离强度随石墨膜表面水滴接触角的增大而减小，这可以定性地说明经等离子体处理后，石墨膜表面的亲水性越好，石墨膜上电沉积的铜镀层与基底的结合力越强。         未经等离子体处理的石墨膜上，电沉积的铜镀层结合力非常弱。         等离子体处理可提高铜与石墨膜结合力的机理有两点。其一，等离子体处理石墨膜，会使其表面产生大量的羧基、羟基，这些含氧官能团明显增强了石墨膜表面的亲水性。在石墨膜表面电沉积铜时，铜与羧基或羟基中的氧反应，生成Cu- O键，这能增强铜与基底之间的结合力。         其二，等离子体处理使石墨膜表面变粗糙，而材料表面粗糙度对镀层结合力的提高有良好的效果。         石墨膜和铜镀层之间的结合力可以定性地用石墨膜表面的亲水性来表征，石墨膜表面的亲水性越好，它与铜镀层之间的结合力越强。