透明聚亞醯胺薄膜提升水氣阻隔性質研究

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題名:	透明聚亞醯胺薄膜提升水氣阻隔性質研究
作者:	廖彧甫蔡美慧
貢獻者:	化工與材料工程系
關鍵詞:	氮化矽透明聚亞醯胺石墨烯氧化石墨烯水氣透過率頻磁控濺鍍法
日期:	2012
上傳時間:	2013-07-23 15:55:15 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	本論文係選用非對稱性結構之芳香族二胺(3,4′-ODA) 單體、脂環族二酸酐(BCDA)單體與混合溶劑(DMAc and GBL)，藉由一步法合成出透明聚亞醯胺薄膜。藉由添加石墨烯(Graphene, RG)、氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)以及沉積氮化矽(Si3N4)來製備透明且具有良好水氣阻隔性的聚亞醯胺奈米複合薄膜，以應用於軟性顯示器上。第一部分：透明聚亞醯胺/石墨烯、氧化石墨烯奈米複合薄膜之研究本研究藉由化學氧化還原法，製備石墨烯(Graphene, RG)；透過天然石墨(Graphite)氧化的過程，製備氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)，經熱還原處理後製得RG，以XRD及SEM分析證實Graphite成功脫層，再將不同比例的RG或GO添加於聚亞醯胺，製備出一系列聚亞醯胺奈米複合薄膜。在機械性質中，添加量同為0.01 wt %時，PI/GO 之儲存模數(E′)可提升66% (2474 MPa)，而PI/RG可提升111% (3138 MPa)；在添加0.001 wt % GO時，熱膨脹係數 (CTE)可降至最低達41.4 ppm/℃，顯示有良好的熱尺寸安定性。同時，所有比例聚亞醯胺奈米複合薄膜均保有優異的熱穩定性。最後經由水氣透過率(Water vapor transmission rate, WVTR)分析可觀察到，PI/RG系列有最優異的水氣阻隔性質，在添加量同為0.001 wt %時，PI/GO之WVTR為31.71 g-mil/m2-day，而PI/RG可降至13.09 g-mil/m2-day，相對於純聚亞醯胺 (181.33 g-mil/m2-day)而言，降幅高達92.7%。UV-Vis量測薄膜光學穿透度的結果得知，在添加0.001 wt%時，PI/GO和PI/RG於550 nm下之光學穿透度分別可達97%及85%；綜合以上實驗結果，顯示當少量的GO或RG添加於透明聚亞醯胺中，仍可保持其光學穿透度，同時有效延長了水氣穿透路徑，進而提升水氣阻隔特性。第二部分：利用射頻磁控濺鍍法於透明聚亞醯胺/石墨烯、氧化石墨烯奈米複合薄膜上沉積氮化矽氣體屏障層之研究本研究係選取第一部分中，具有水氣屏障特性並同時保有光學穿透度之0.001 wt%的PI/GO和PI/RG奈米複合薄膜，將其表面沉積上氮化矽做為水氣屏障層，使阻隔性質做更進一步提升。由XPS分析得知於Si2p及N1s圖譜中，均可分離出Si3N4之鍵結能，分別位在102.6及397.5 eV，證實了沉積膜材確實有Si3N4結構存在。在聚亞醯胺與濺鍍層介面部分的Si2p圖譜中，可由高斯波鋒分離出Si-C鍵結，證實了所沉積之氮化矽膜材與PI介面具有化學鍵結。FE-SEM中可知，於工作壓力4 m Torr，濺鍍功率80W，沉積厚度為30 nm時，所沉積之氮化矽薄膜最為緻密，且具有最平坦的表面形態，其均方根粗糙度(Root-Mean-Square, RMS)為0.646 nm，因此具有最佳的水氣阻隔性值，其WVTR可降至0.17 g-mil/m2-day，相對於未濺鍍的PI (181.33 g-mil/m2-day)更高達99.9%之降幅。經UV-Vis證實此薄膜同時在550 nm下之光學穿透度為81% (Thickness：21 μm)，因此為優異的透明阻水之PI奈米複合薄膜。
顯示於類別:	[化工與材料工程系(所)] 【化工與材料工程系】博碩士論文

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