本技术方案专注于聚合物薄膜旋涂制备过程中的技术参数优化。通过预制薄膜试样,分析薄膜厚度、聚合物组分的物理属性以及旋涂参数间的相互作用,揭示旋涂工艺中的耗散系数,实现工艺参数的精确调控,以提高薄膜制备效率和质量。
背景技术
由于其优越的机械柔韧性和介电击穿强度,聚合物材料在微纳尺度电子设备具有广泛的应用前景。旋涂法则由于其制备工艺易控制、薄膜试件力学性能易调控等特点,是材料研究和电子器件制备工业领域常用的技术方法之一,被科研者和工程技术人员优先采用。
旋涂参数的精准设置是应用旋涂法高效制备聚合物薄膜的关键技术。忽略制备过程中的流体挥发影响,Emslie等人将旋涂过程中的黏度变化等效为转速的变化,理论分析旋涂过程中溶液黏度与转速的相关性,指出旋涂过程中薄膜成型厚度变化率随成型厚度的增加而增加。Meyerhofer等人则进一步考虑旋涂过程中溶剂挥发的影响,获得薄膜厚度随预制溶液黏度、旋涂速度和挥发率的变化规律,指出旋涂过程中薄膜厚度随着预制溶液黏度的升高而增大。随后,Chapman等人考虑预制溶液浓度和黏度的不均匀性,构建旋涂法制备聚合物薄膜时厚度与预制溶液密度和黏度及挥发率的相关性模型,指出薄膜厚度与旋涂速度的平方根成反比。Hall等人分析预制溶液密度均匀化过程,指出薄膜厚度随着预制容易初始黏度的增加而增加,但随着初始溶液密度、旋涂速度及溶液质量配比的增加而减小。
值得注意的时,聚合物预制溶液的物理性质主要取决于组分溶质和溶剂的基本物理属性,如溶质分子量和溶剂密度等。目前,针对薄膜制备技术的研究中,仍未实现基于溶质分子量、溶剂密度对薄膜预制溶液密度和黏度的有效设置,对旋涂工艺制备聚合物薄膜厚度的准确性控制有待提高。本技术基于试样薄膜厚度与其组分溶质分子量、溶剂密度和旋涂参数的相关性,考虑旋涂工艺和实验环境对预制溶液粘度和薄膜厚度的影响,分析旋涂法聚合物薄膜制备的耗散系数、与预期厚度偏离度和薄膜厚度离散度参数。进而通过后两个参数的最小化分析,获得旋涂法制备薄膜时最优旋涂参数,实现聚合物薄膜厚度的预设置和制备效率的提升。
实现思路