以電漿輔助化學氣相沉積法 製備超疏水及疏油化薄膜

Fabrication of Super-Hydrophobic and Oleophobic Films by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition

郭恆誠(HENG-CHENG KUO)

指導教授 ： 魏大欽

中原大學/工學院/化學工程學系/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6840/cycu200900577

摘要

本研究利用四甲氧基矽烷為鍍膜前驅物，探討不同沉積型式，基材放置位置、電漿功率、沉積次數及於膜材上增鍍氟碳膜對膜材疏水性質之影響，並利用Contact Angle、SEM、AFM、FTIR及ESCA等儀器分析膜材之物理型態與化學組成變化。
首先利用連續式及間歇式電漿在反應器的三個位置下進行鍍膜，分別為位置一(P1)：接近單體進料口端(與上電極相距3公分)，位置二(P2)：兩電極中心，位置三(P3)：接近幫浦端(與下電極相距3公分)。實驗後發現利用間歇式沉積法，在反應器P1及P3位置的膜材表面具有超疏水(~150°)及親油(~50°)之性質，而利用連續式沉積法的膜材其對水接觸角(~60°)並沒有明顯之變化。當在膜面上再增加一層全氟己烷所沉積之氟碳膜後具有超疏水性之膜材可再提升其疏油性(~145°)，使表面具有雙疏之功能。經SEM之影像結果可以發現具超疏水性質的膜材表面具有大量粉體使粗糙度有大幅度的改變，由FTIR分析中亦可發現間歇式所沉積的膜材具有大量之Si-O-C鍵結，因此推斷此鍵結對於表面粗糙度的形成有顯著之關係。
間歇式法之沉積次數對膜材表面型態也有明顯的影響，由AFM分析中可以發現P1及P3膜材隨著沉積次數的增加，表面均方根粗糙度也隨之增加，且均方根粗糙度(Rrms)達300nm以上時，膜材可擁有超疏水特性。當利用Cassie-Baxter模型進行膜材表面固體分率計算後，結果顯示當沉積次數為2~6次時表面固體分率(Xs)大約為0.8，而沉積次數大於8次後其表面固體分率可下降到約0.1，因此沉積次數的增加可有效降低水滴與固體表面接觸面積。
為了探討氟碳膜對膜材的影響，本研究針對膜面之氟碳元素比進行討論，實驗中利用脈衝式電漿藉以調配能率循環來提高C6F14沉積膜之氟碳比，發現在相同能率循環(d.c. 0.5)下，P1所成長之氟碳膜具有較高之氟碳比～1.5。當固定位置P1而改變能率循環時，膜材有隨著能率循環提高造成
氟碳比減少，由1.5(d.c. 0.5)下降至1(CW)。

關鍵字

四甲氧基矽烷 ； 全氟己烷 ； 連續式電漿 ； 間歇式電漿 ； 超疏水 ； 固體分率

並列摘要

Super-hydrophobic and oleophobic surfaces were prepared by plasma deposition using tetramethoxysilane and perfluorohexane precursors. The surface characteristics were investigated by means of contact angle measurement, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, fourier-transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy.
Repetitive bursts (Each short burst of plasma deposition lasted 1 min) of continuous wave plasma polymerization on the minute time scale are found to lead to the deposition of well-defined particle nanospheres of about 100nm in diameter after tetramethoxysilane plasma deposition. The resulting surface showed super-hydrophobicity and oleophilicity. The surface will become oleophobic when a layer of fluorocarbon film is deposited by perfluorohexane plasma.
AFM analysis indicates that film roughness will increase when deposition bursts increase. And super-hydrophobicity is found when film roughness reaches above 300nm. Cassie-Baxter model is used to investigate the relation between surface roughness and water contact angle measurement. The results reveal that area fraction of the solid-liquid interface decreases from 0.8 to 0.1 when the number of deposition burst increases form 2 to 8 bursts. No significant improvement in super-hydrophobicity is found for additional deposition bursts. Appropriate deposition bursts can reduce solid-liquid interface area effectively.

並列關鍵字

oleophobicity ； Super-hydrophobicity ； tetramethoxysilane ； perfluorohexane

參考文獻

】 楊士賢 “以脈衝式電漿輔助化學氣相沉積法製備氟化非晶碳膜之研究”，私立中原大學碩士論文(2005).

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