高分子材料的金屬化

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)高分子材料的用途越來(lái)越廣泛，很多領(lǐng)域都應(yīng)用到了高分子材料。將高分子材料金屬化會(huì)使高分子具有金屬的一些特性，從而使其功能變得更加強(qiáng)大，這也是本論文的重點(diǎn)研究方向。

關(guān)鍵詞：高分子材料；金屬化；工藝

1 高分子材料金屬化的簡(jiǎn)述

通過(guò)化學(xué)方法或者是物理方法將一些金屬鍍?cè)诟叻肿硬牧系谋砻妫瑥亩垢叻肿硬牧暇哂辛隋兘饘俚囊恍┨匦?，這就是我們所說(shuō)的高分子材料的金屬化，金屬化后高分子材料一方面就會(huì)具有相應(yīng)傳導(dǎo)性、導(dǎo)熱性等性能，另一方面還能夠使其具有相應(yīng)的金屬光澤，進(jìn)行相應(yīng)的焊接，從而使高分子材料替代了一些金屬品，在最大程度上降低了企業(yè)的成本。除此之外，高分子材料本身還具有耐腐蝕、耐高溫、耐酸堿等特性，從而使得被金屬化后的高分子材料比常用的金屬具備更好的性能，用途也更加廣泛，已經(jīng)在我國(guó)航天、輪船、機(jī)械、化工、制藥、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

2 高分子材料金屬化的工藝

就當(dāng)前技術(shù)來(lái)說(shuō)高分子材料金屬化主要有以下兩種方法：一是，以物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積這兩種方法為代表的干法；二是，以化學(xué)還原、電鍍等為代表的濕法。下面我們就將物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積法和化學(xué)還原法這三種常用的方法進(jìn)行詳細(xì)的研究。

2.1 物理氣相沉積

物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）技術(shù)主要是在在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣體（或等離子體）的一種過(guò)程，從而能夠在基體表面沉積具有某種特殊功能的一種薄膜技術(shù)。由此可以看出物理氣相沉積法的前提基礎(chǔ)是真空技術(shù)。

真空蒸發(fā)法（又稱為熱蒸發(fā)法）是指在真空條件下，通過(guò)高溫加熱鍍料使其在非常短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，進(jìn)而會(huì)有大量的原子、分子發(fā)生氣化現(xiàn)象，從而離開(kāi)了鍍料或者說(shuō)是鍍料的表面，然后這些氣化的原子、分子由于是處于真空環(huán)境下，所以在經(jīng)過(guò)少量幾次的碰撞后遷移到基體，最終沉積在基體的表面形成一層非常薄的膜。該方法的主要特點(diǎn)是對(duì)設(shè)備的要求難度不高、非常容易操作；薄膜具有非常高的純度、質(zhì)量；同時(shí)能夠快速成膜，具有非常單純的薄膜生長(zhǎng)機(jī)理，但是該方法成的薄膜沒(méi)有結(jié)晶結(jié)果，致使其跟基板的附著力非常小。為了解決這一問(wèn)題，專家們使用等離子刻蝕跟該技術(shù)有效結(jié)合起來(lái)，來(lái)提高其附著力。例如有專家將聚丙烯用氨等離子體處理后，再使用真空蒸發(fā)法在聚丙烯表面鍍一層鋁薄膜，然后再將其經(jīng)過(guò)XPS和EXES分析發(fā)現(xiàn)，聚丙烯和鋁薄膜之間的附著力變得非常大。

2.2 化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積（Chemical vapor deposition，簡(jiǎn)稱CVD）主要是指在氣態(tài)條件下，反應(yīng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終固態(tài)物質(zhì)，并且該固態(tài)物質(zhì)附著在加熱的固態(tài)基體表面上，最終生成固體材料的一種技術(shù)方法。

人們?cè)赑TFE鍍銅就使用了化學(xué)氣相沉積方法，主要分為以下幾個(gè)步驟：首先PTFE表面先經(jīng)過(guò)相應(yīng)的化學(xué)粗化處理，然后再使用激光束在其表面進(jìn)行圖案刻畫(huà)，最后再經(jīng)過(guò)化學(xué)氣相沉積法將銅沉積在其表面。將經(jīng)過(guò)以上步驟處理后的鍍銅PTFE經(jīng)過(guò)XPS和EXES分析顯示，激光輻射的部分沒(méi)有銅沉積，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)激光輻射的部分有大量的銅沉積，這就說(shuō)明PTFE表面粗化部分被激光已經(jīng)撫平到跟其原始表面一樣，所以沒(méi)有銅沉積。

化學(xué)氣相沉積法的特點(diǎn)是沉積不需要很高的溫度，非常容易控制薄膜的成份，膜厚與淀積時(shí)間成正比，均勻性，重復(fù)性好，臺(tái)階覆蓋性優(yōu)良，具有很強(qiáng)的附著力。但是該方法會(huì)受到氣體運(yùn)動(dòng)速率、壓力分布、溫度等各方面因素的影響，而是膜形成過(guò)程受到破壞，同時(shí)還會(huì)影響薄膜的構(gòu)造，所以要想得到理想的薄膜必須嚴(yán)格控制各項(xiàng)條件。

2.3 化學(xué)還原法

化學(xué)還原法主要是指通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將高分子材料跟金屬鹽之間形成鰲合物，從而能夠使一些金屬離子摻入到高分子材料中，這些金屬離子在經(jīng)過(guò)化學(xué)還原處理后，在高分子材料表面可以均勻地沉積層可導(dǎo)電的金屬層。

有人將金屬鉆通過(guò)該方法成功的鍍?cè)诹司蹃啺分≒U）的表面上，具體步驟為，稱取適量的CoCl2，MDI，PEE15和PEE3，將這些試劑加入到DMF溶液中，用攪拌充分?jǐn)噭?，最后在室溫條件下會(huì)在聚丙烯板上形成一層薄膜，然后再將聚丙烯放在烘箱中100℃加熱五十小時(shí)，加熱結(jié)束后將其放在NaBH4水溶液中，在21～62℃下還原10-13分鐘，最終得到鍍鉆的聚丙烯。通過(guò)XPS分析得出，該方法形成的薄膜表面是非常純凈的。

3 結(jié)論

綜上所述，高分子材料具有耐高溫、耐腐蝕、耐酸堿等特點(diǎn)，而高分子材料金屬化還使其具備了金屬的某些特性，從而使其性能變得更加廣泛，所以高分子材料金屬化在工業(yè)上的大力應(yīng)用將會(huì)大大降低企業(yè)的成本，對(duì)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起著非常重要促進(jìn)作用。

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作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)慶（1993—），男，安徽無(wú)為人，本科，研究方向：高分子材料與工程。