仿沙漠甲虫结构对聚氯代对二甲苯膜的水汽阻隔性能的影响

Parylene-C (PC) membrane, which has excellent water vapor barrier, electric insulation, optical and biocompatibility properties, has been widely used in materials moistureproof, electronic components isolation protection, semiconductor devices, sensors, microelectronics and many other fields. But its water vapor barrier properties are needed to be further improved comparing to inorganic water vapor barrier membranes. In this proposal, PC membranes with bioinspired desert beetle structures (BDBS) will be constructed with the help of copper grid mask templates and hyperthermal hydrogen induced cross-linking (HHIC). BDBS will be used to tune the adsorption and condensing behavior of water vapor on PC membrane, and its hydrophobic areas will be beneficial to the improvement of water vapor barrier properties of PC membrane. This research is trying to control the water vapor barrier properties of PC membrane by tuning the adsorption and condensing behavior of water vapor. The effect of BDBS on the water vapor barrier properties of PC membrane and the relationship between them will be revealed, which should provide a new strategy for further improvement of the water vapor barrier properties of PC membrane through tuning the adsorption and condensing behavior of water vapor.

聚氯代对二甲苯（PC）膜具有优良的水汽阻隔、电绝缘、光学和生物相容等性能，被广泛应用于材料部件表面防潮、电子元器件隔离保护、传感器、微电子器件等领域。但相对于无机阻隔薄膜，PC膜的水汽阻隔性能还有待进一步提高。针对此问题，申请人拟在铜网掩膜模板辅助下，通过超热氢处理技术（HHIC）在PC膜表面构筑仿沙漠甲虫结构，调控水汽在PC膜表面的吸附、凝结行为，利用仿沙漠甲虫结构对水汽的吸附凝结后的水滴的排斥效果提高其水汽阻隔性能。该研究旨在探索通过调控水汽在PC膜表面吸附凝结行为进而调控PC膜的水汽阻隔性能的方法，揭示PC膜表面的仿沙漠甲虫结构对水汽阻隔性能的影响规律，建立PC膜表面的仿沙漠甲虫物理结构特征与水汽阻隔性能的关系，为调控水汽的吸附、凝结过程进一步提高PC膜水汽阻隔性能提供新的思路和方法。

聚氯代对二甲苯（Poly(chloro‑p-xylylene), PPXC）膜的应用非常广泛但其水汽阻隔性能还有待进一步提高，本项目通过PPXC膜表面的特殊润湿性设计，通过多种途径提高其润湿性的稳定性，最终目的是制备得到具有特殊润湿性高度稳定的高水汽阻隔PPXC膜。研究内容和重要结果包括：（1）在无其他助剂辅助时通过超热氢交联（Hyperthermal Hydrogen Induced Crosslinking, HHIC）对PPXC 膜进行无破坏改性，实现在低表面能表面直接引入均匀的高表面能物质，且得到的亲水修饰改性PPXC膜比普通空气等离体子处理得到的亲水PPXC膜具有更优异的长期稳定性（超过40天），并且PPXC膜的水汽阻隔性能得到进一步明显提高，其水蒸气透过率（Water Vapor Transmission Rate, WVTR）能够降低为原始PPXC膜的37.5%。（2）通过电脑程序设计代替物理掩膜版，采用3D打印墨水直书写制备多层图案化结构，得到具有优异高温稳定性和机械稳定性的特殊润湿性图案化结构，为在PPXC膜表面构筑常规掩膜版无法得到的多层3D复杂图案化结构提供了可行性验证。（3）通过在PPXC膜表面构筑基于聚合物和纳米粒子的超疏水涂层，并在基材和涂层之间引入可与超疏水涂层进行界面交联反应的粘结剂，通过优化其预固化时间和涂层含量，明显提高超疏水粗糙结构在PPXC膜基材表面的粘结能力，使得PPXC膜表面的超疏水结构在3M胶带破坏、机械往复摩擦破坏情况下具有更加优异的机械稳定性。（4）通过对PPXC膜表面的涂层固化温度、固化环境湿度、纳米粒子含量进行综合调控，实现了无物理掩膜版的大面积不同图案化物理结构的构筑，同时实现了图案化PPXC膜表面的不同润湿性调控。即使在低涂层含量（0.5 wt%）和大面积多孔形貌的图案化涂层结构的情况下，PPXC膜的水汽阻隔性能仍然能得到明显提高，其WVTR进一步降低为原始的30.0%。因此，通过本项目的研究能够证实，通过涂层的润湿性改变以及图案化结构的调控能够有效调节水汽在膜表面的吸附和凝结过程，从而提高PPXC膜的水汽阻隔性能，拓展其应用范围。