Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Во многих сферах современной жизни востребованы эластичные материалы, которые обеспечивают гибкость, упругость элемента определенных устройств, отличаются своими изоляционными и демпфирующими свойствами. Однако, эластомеры зачастую обладают невысокими адгезионными свойствами, гидрофобностью и высокой шероховатостью поверхности.
Резино-технические изделия успешно применяются в качестве адгезивов, биоматериалов, защитных покрытий с повышенным трением и износостойкостью, композитов, деталей микроэлектронных устройств и в вакуумных технологиях [1]. Наиболее популярными примерами устройств с использованием диэлектрического эластомера являются актуаторы и тактильные датчики. Для подвода напряжения на эластомерах формируют электроды из проводящих материалов [2]. При этом необходимо обеспечить высокую адгезию между эластомером и проводящим слоем, так как от этого зависит их функциональность. Поэтому перед нанесением тонкопленочного электрода требуется предварительная ионно-плазменная обработка, которая модифицирует поверхность эластичного материала, улучшая его адгезионные и другие свойства [3].
При ионно-плазменной обработке в инертном газе (ионном травлении) слой материала удаляется только в результате физического распыления высокоэнергетическими ионами газа без химического взаимодействия между ними. Наиболее часто применяемыми газами являются аргон и азот. Ионно-плазменная обработка позволяет очистить поверхность подложки от окисной пленки и других загрязнений [4]. Может использоваться для получения микрорельефа, полировки, и для модификации и легирования поверхностных слоев деталей [5].
Целью данной работы является исследование влияния ионно‑плазменной обработки в вакууме на топологию эластичного материала.
Для проведения исследований выбран эластомер (рис. 1), изготовленный из силикона, отвердителя силикона и частиц титаната бария, которые придают материалу белый цвет.
Ионная лучевая обработка осуществляется на установке МВТУ-11-1МС, оснащенной ионным источником (рис. 2, а).
Источник ионов содержит анод (поэтому ионы газа отталкиваются от него), электроды которого изолированы керамическими втулками, магнитную систему с осевым намагничиванием (действие по направляющим цилиндра). На источник ионов подается аргон, при обработке он испускает поток ионов, который бомбардирует поверхность обрабатываемой подложки.
Также ионно-плазменная обработка поверхности эластомера осуществляется на установке TRION в индуктивно связанной плазме аргона (рис. 2, б). На данной установке действие температуры несущественно из-за наличия системы охлаждения проточной водой. Поверхностные свободные радикалы создаются путем прямого воздействия газовых фаз на свободные радикалы, ионы или путем фотодеструкции поверхности ультрафиолетовым излучением, генерируемым в плазме.
Топологию поверхности эластомера оценивали с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) в полуконтактном режиме.
Предложено проводить ионное травление автономным источником ионов на МВТУ-11-1МС и в плазме аргона на TRION. Режимы обработки представлены в таблице.
Режимы ионно-плазменной обработки при 10 минутах в среде аргона
Оборудование | Мощность, Вт | Давление, Па | Поток аргона, sccm |
МВТУ-11-1МС | 2060 | 1,3·10–3 | 2 |
TRION | 250 | 50 | 50 |
На рис. 3 представлено 3D-АСМ-изображение эластомера до обработки. Можно наблюдать слабо развитую структуру с небольшими впадинами. Шероховатость поверхности при этом 3,9 мкм.
Другой образец эластомера из той же партии образцов был обработан ионным источником, 3D-АСМ-изображение которого представлено на рис. 4. Шероховатость поверхности 3,3 мкм. При этом поверхность сильно развита, наблюдается морщинистость возвышенностей, сглаживание впадин.
Следующий образец обработан в плазме аргона. По 3D-АСМ-изображению (рис. 5) видно, что образец имеет большую шероховатость и более выраженные впадины. Шероховатость поверхности 5,35 мкм.
Анализируя полученные АСМ-изображения, можно отметить, что поверхность необработанного ионным лучом эластомера имеет менее развитую структуру, более гладкие выступы. После обработки поверхность становится более развитой, может увеличиваться шероховатость (до обработки 3,9 мкм, после плазменной обработки 5,35 мкм), рельеф становится волнообразным, появляются глубокие впадины, в чем можно убедиться при обработке сканов (рис. 6–8).
Все АСМ-изображения были получены при одинаковом размере (30×30 мкм2) и разрешении (512×515 точек), что позволяет судить об изменении топологии поверхности эластомеров после ионно-плазменной обработки.
В результате проведенных исследований топологии эластомера следует отметить, что ионная обработка эластичного материала может увеличить шероховатость поверхности, делает ее более развитой. При обработке в плазме аргона имеются более широкие и глубокие впадины, чем при обработке автономным источником ионов. Поэтому на данном этапе исследования ионно-лучевая обработка показывает себя лучше, так как шероховатость эластомера не становится слишком большой, а достигнутая развитость поверхности положительно влияет на адгезию последующих слоев металлизации.
В дальнейшем планируется отработка режимов ионно-плазменной обработки эластичного материала: времени, мощности, поток газа.
