聚氯代二甲苯薄膜聚集态结构及高温演变行为

聚氯代二甲苯薄膜（PC薄膜）除应用于高技术产品还作为先进武器核心部件中微器件的结构材料和保护涂层。不同沉积条件及不同厚度薄膜的聚集态结构存在较大差异，直接影响尺度极小的微器件性能，另外PC膜还存在高温作用后性能劣化而保护功能降低或失效问题，这与高温下其聚集态结构变化紧密相关，但有关研究十分薄弱。.本项目将从晶体结构和无定形结构等方面系统研究PC薄膜的聚集态结构及其影响因素，认识其成膜动力学机理和受限结晶行为。开展高温下PC薄膜聚集态结构变化研究，掌握其演变规律，结合数值模拟分析解释其演化机制。从细观力学与表面特性角度研究PC薄膜性能变化与聚集态结构演变关系，揭示其高温下性能劣化机理。.本项目的完成将深化对PC薄膜聚集态结构及其相关问题的认识，为高技术产品及先进武器用微器件研制中存在的亟待解决的问题提供研究基础。

本项目通过真空化学气相沉积法制备了不同厚度（覆盖范围从100nm到100μm）的PC膜，采用同步辐射X射线衍射技术结合常规X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、偏光显微镜(PLM)等技术分别对PC薄膜的微晶结构、结晶度、尺寸、晶体取向和表面微细观结构等聚集态结构因素进行了全方位多尺度表征，讨论了这些聚集态结构因素随厚度变化的关系以及相应的影响机制，发现PC膜结构存在明显的厚度效应，在厚度较小时呈现明显的受限结晶行为，首次发现了PC晶体取向随厚度变化的关系，并揭示了PC膜结构的厚度效应和受限结晶行为主要源于沉积基底与PC分子链之间较强的相互作用。基于分子动力学方法，对PC薄膜分子链与沉积基底之间的相互作用开展了数值模拟研究，发现随着PC高分子链的逐层加入，新加入的PC链与已有体系之间的相互作用能（ΔE）逐渐降低，分子链运动能力增强，有利于其结晶；同时沉积温度越高，基底与PC分子链之间的相互作用减弱，分子链运动能力增强，同样有利于结晶。该数值模拟分析与试验结果较为吻合，较好的解释了PC薄膜的受限结晶行为以及沉积温度对成膜过程影响机理。.开展了高温无氧和有氧作用情况下PC薄膜聚集态结构变化研究，基于同步辐射X射线衍射和常规XRD技术结合相应的原位分析技术定量分析了不同高温温度以及高温作用时间对PC薄膜的结晶度、晶粒尺寸以及晶体取向的影响情况，基于 AFM、PLM、红外光谱等技术定性分析了高温温度以及高温作用时间对PC薄膜的表面细观结构以及化学结构的影响情况，并讨论了相应的影响机制。研究了不同厚度PC薄膜、以及PC薄膜在高温（有氧、无氧、不同温度和高温作用时间）作用下力学性能和表面疏水性能，探讨了PC薄膜聚性能变化与其聚集态结构演变的关系，发现PC薄膜的力学性能（压入模量）与其结晶度和晶体取向度正相关，而PC薄膜的表面疏水性（接触角）与其晶粒尺寸、表面粗糙度和结晶度负相关..本项目系统地研究PC薄膜的聚集态结构特点及其影响因素，认识了其成膜动力学机理和受限结晶行为。掌握高温下PC薄膜聚集态结构演变规律。从细观力学与表面特性角度研究PC薄膜性能变化与聚集态结构演变关系。本项目的完成深化了对PC薄膜聚集态结构及其相关问题的认识，为高技术产品及先进武器用微器件研制中存在的亟待解决的问题提供研究基础。