以聚酰亚胺薄膜为原料制备碳膜的结构与性能的研究
本文主要研究以聚酰亚胺薄膜为原料制备碳材料，通过层压、碳化等工艺，制备出表面光洁、完整的碳膜。通过元素分析、TG、DSC、红外、XRD、材料万能实验机、SEM、激光法导热分析仪LFA447Nanoflash等，对碳膜结构和性能进行了研究，得出了规律性的结论。
制备工艺的研究结果表明：碳化压力和速率是影响制品表观和性能的决定性因素。过高的压力和过快的碳化速率易使制品出现裂纹、空洞现象。制备理想的样品，须在适当的压力下首先将薄膜层压成型，然后在一定的压力和碳化速率下进行碳化。
碳化温度影响碳膜的结构与性能：温度达到600℃时薄膜脱氧，材料开始向晶体结构转变，此时材料力学性能出现明显增强现象；材料700℃时逐渐衍生出类石墨结构，对应电性能发生突变，导电性显著提高。结合IR和元素分析明确薄膜700℃之后产生杂环的合并，脱除残留的氮氧，形成连续巨大的芳杂环多环化合物，温度持续升高，稠环芳构化，类石墨结构的六角碳网层面逐渐生长，这与材料电性能和力学性能700℃以后逐渐增大相一致。
石墨化处理到2300℃和2800℃，材料晶格参数及电阻率和导热系数存在较大差异：2300℃石墨化后Lc为3nm、石墨化度15％；2800℃石墨化后Lc为6.7nm、石墨化度80％；2300℃与2800℃石墨化后性能比较，电阻率前者是后者的约2倍、导热系数1/3左右。石墨化度大于80％时，材料导热系数对石墨化度敏感；石墨化度较低的情况下则相反。随着石墨化度提高导电性能逐步提高，但幅度不大。另外，密度对材料结构和性能影响较大，一般密度增大，导电导热性增强。
聚酰亚胺薄膜;碳膜;碳化压力;碳化速率;碳化温度;石墨化度;分子结构
北京化工大学
硕士
材料学
迟伟东
2006
中文
TQ127.11;TB43
58
2006-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）