在聚酰亚胺衬底上低温制备超薄热敏铂膜的研究

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通过在聚合物衬底上制备热敏薄膜可以实现非平、屈曲物体表面温度的实时监控和测量。聚酰亚胺是一种具有优异的综合性能和工艺特性的聚合物材料,可以长期应用于300℃的高温和液氦(—269.8℃)的低温,若将其作为温度传感器的衬底,所制作的接触式温度传感器不仅可以满足非平、屈曲物体表面温度实时测量的需要,而且可以长期应用于低温环境。考虑到铂是制作薄膜型温度传感器常用的热敏材料,其测温范围宽(—200℃~850℃)、测温的线性度好、精度高,本文对在聚酰亚胺衬底上低温制备用于薄膜型温度传感器的超薄铂热敏薄膜进行了实验研究,并对在进一步提高聚酰亚胺衬底上制备的铂薄膜的热敏性能进行了初步探索。在聚酰亚胺衬底上制备超薄铂热敏薄膜存在两个困难:一方面,在聚酰亚胺衬底上制备薄膜时,制备温度不能高于聚酰亚胺的玻璃化温度(400℃左右), 而且需保证聚酰亚胺衬底不变形、其性质不改变;另一方面,聚酰亚胺材料是大分子聚合物,其原子排列是高度无序的,在这样的衬底上制备的薄膜,在靠近衬底的若干个原子层内,原子排列的无序度也很高,如果制备只有几十至上百纳米的超薄膜,将很难形成晶化膜。为了在聚酰亚胺衬底上低温制备超薄铂热敏薄膜,本文采用脉冲激光沉积薄膜技术。脉冲激光沉积是一种非常特殊的、极度非平衡态的物理过程。这种薄膜沉积技术具有两个突出的特点:1)可以获得很高的沉积流能量,使低温沉积薄膜成为可能;2)具有极高的瞬间沉积速率,大量的高能粒子在衬底表面瞬间形成一层连续致密的二维核,在很大程度上抑制了表面迁移和三维岛状核的生长, 有利于连续超薄膜的形成。本文用脉冲激光沉积技术在聚酰亚胺衬底上低温(250℃左右)沉积了多晶态的铂热敏薄膜,铂薄膜室温下的电阻温度系数为1.01×10-3/K。实验证实,通过制备 ZnO 过渡层,可使聚酰亚胺衬底上利用脉冲激光沉积技术制备的铂薄膜的电阻温度系数增大为1.55×10-3/K。
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