人体植入微电子封装材料聚酰亚胺封装的阻滞行为研究

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随着植入式电子器件(IEDs)逐渐走进人们生活,对其使役寿命的要求也越来越高。随着能量收集器的出现,在不久的将来,器件的供能问题有望解决,届时,封装材料的可靠性将成为限制IEDs使役寿命的关键因素。有机材料由于其低的渗透性、良好的柔性,已逐渐成为IEDs封装材料的研究重点,但目前的研究工作主要集中在生物相容性和设计制备等方面,鲜有对其阻滞性能的深入研究,亦无对其阻滞性能劣化机制的深入分析。基于此,本文以人体植入微电子封装材料聚酰亚胺为研究对象,以模拟体液为使役介质,通过对吸水率、孔隙率、接触角等测量参数,并配合表面形貌观察和电化学阻抗谱的变化规律,系统地研究了聚酰亚胺涂层对水和氯离子的阻滞作用,分析了体液中的生物大分子(牛血清白蛋白)对阻滞作用的影响,揭示了涂层阻滞性能的劣化机制;在此基础上,进一步提出改善涂层阻滞性能的方法并加以实验验证,以期为IEDs的设计提供理论依据和实验参考数据,具体研究结果如下:1、模拟体液中的水分子在聚酰亚胺中的传输包括四个阶段:由表面润湿作用引起的快速吸水阶段;自由水在涂层中Fick扩散阶段;由于结合水的形成导致的吸水率突增阶段;吸水饱和阶段。Cl-在涂层达到吸水饱和后到达涂层与基体界面,且一旦到达界面,Cl-浓度将以指数形式快速增涨。生物大分子由于会吸附在基体表面,从而在一定程度上阻止水在涂层中的传输。2、当水等侵蚀性粒子到达基体界面后,由于涂层在基体上的附着力很小,涂层因起泡失效。减小涂层厚度,可减少由于溶剂挥发而带来的缺陷,从而减少水传输通道,最终达到提高阻滞性的目的。研究表明,厚度为15 μm的聚酰亚胺涂层中水传输过程的特征与厚度为30 μm时一致,但阻滞性能显著提高,而且通过两次叠加旋涂15 μm涂层制得的30 μm涂层阻滞性能更为优异。
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