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     本文概述了利用低溫等離子體技術(shù)制備的有機(jī)聚合物薄膜特性、主要合成方法及研究現(xiàn)狀，簡要討論了等離子體聚合條件對薄膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響；介紹了現(xiàn)代分析技術(shù)對聚合物薄膜結(jié)構(gòu)的表征；闡述了近年來對低溫等離子體聚合物薄膜的物理性質(zhì)（包括表面性質(zhì)、  滲透性、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)等）的研究新進(jìn)展，并描述了其在工業(yè)生產(chǎn)上的一些應(yīng)用?！　?概述　　聚合物薄膜由于在化學(xué)、物理和生物傳感器、微電子器件、非線性光學(xué)(NL0)和分子器件等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，己受到人們越來越多的關(guān)注。而傳統(tǒng)的聚合物薄膜由干耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性較差，而且表面較粗糙，應(yīng)用受到一定限制。因此，為了滿足工業(yè)上的各種用途，制備高品質(zhì)聚合物薄膜顯得尤為重要?！　【酆衔锉∧さ闹苽渲饕袃煞N方法：一種是濕法工藝，如Langmuir-Blodgett方法、浸漬或溶劑澆鑄法等；另一種是干法工藝，如物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積(CVD)法。與其它方法相比，等離子體化學(xué)氣相沉積聚合(PCVD)在工藝上具有以下幾個特點(diǎn)：  (1)所用原料氣可不包含傳統(tǒng)聚合反應(yīng)官能團(tuán)類型，例如雙鍵等；  (2)形成的薄膜對各種基體表面，包括傳統(tǒng)的聚合物、玻璃和金屬等，具有較高的連貫性和粘附性。  (3)聚合反應(yīng)不需要使用溶劑就可以進(jìn)行，工藝過程溫度低；  (4)可以容易地制得厚度為50nm－lμm的超薄、無“針孔”等離子體聚合物薄膜（PCVDF）?！　〉入x子體聚合反應(yīng)是用有機(jī)物單體或有機(jī)金屬原料氣在等離子體反應(yīng)器中進(jìn)行輝光放電，它包含等離子體活性物種之間、等離子體和表面物種之間以及表面物種和表面物種之間的反應(yīng)。有兩種公認(rèn)的反應(yīng)歷程：等離子誘導(dǎo)聚合和等離子態(tài)聚合反應(yīng)。前者是傳統(tǒng)的自由基引發(fā)聚合反應(yīng)，其中單體包含一些不飽和的碳—碳雙鍵；等離子態(tài)聚合反應(yīng)依賴于等離子體產(chǎn)生的電子和其它具有足夠能量可以破壞化學(xué)鍵的活性物種。等離子體聚合反應(yīng)是制備超薄聚合物薄膜最重要的技術(shù)，通過仔細(xì)控制聚合反應(yīng)參數(shù)，根據(jù)特殊的化學(xué)官能團(tuán)、厚度和其它化學(xué)和物理性質(zhì)方面的要求，可定向設(shè)計(jì)制備聚合物薄膜。與傳統(tǒng)聚合物不同，等離子體聚合物不是由規(guī)則的重復(fù)單元形成鏈節(jié)，而是形成具有不規(guī)則三維交聯(lián)網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。即使使用相同的單體進(jìn)行反應(yīng)，等離子體聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理，性質(zhì)也可能與傳統(tǒng)的聚合物大不相同。等離子體聚合膜一般具有良好的化學(xué)惰性、不溶于水、優(yōu)良的機(jī)械柔韌性和耐熱性，因此被廣泛用作保護(hù)涂層、電子、光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)膜等?！　?等離子體聚合物薄膜的合成新進(jìn)展　　2．1  超薄聚合物薄膜等離子體聚合反應(yīng)新進(jìn)展　　厚度在100-1000nm的聚合物薄膜可用等離子聚合反應(yīng)、電子束和有機(jī)蒸氣紫外線(UV)照射制備。但現(xiàn)代電子工業(yè)應(yīng)用要求膜的厚度為30nm或更薄。1993年，Senda等在射頻輝光放電條件下，制得了沉積在電子級n-型硅晶片上、無針孔、厚度僅為2—10nm的超薄碳?xì)渚酆衔锉∧?。所用設(shè)備為大容量耦合射頻放電等離子體反應(yīng)器，以純碳?xì)浠衔镎羝?如乙炔)或碳?xì)浠衔?氬混合氣作為原料氣，放電頻率為13.56MHz，壓力66.7-106.7Pa。原料氣在等離子體區(qū)域的停留時(shí)間為5-70ms，薄膜性質(zhì)與氣體的流量、樣品位置和放電經(jīng)歷有關(guān)。經(jīng)原子力顯微鏡(AFM)觀察沉積膜的形狀，證實(shí)薄膜表面非常光滑且無針孔。膜沉積速率可達(dá)0.15-0.3nm/s。因此，無論從基礎(chǔ)研究還是從應(yīng)用的角度來看，超薄聚合物薄膜的研究都具有潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值?！　?．2大氣壓下輝光放電等離子體聚合　　為了制備均勻的薄膜，一般是在輝光放電條件下進(jìn)行。Kanazawa等系統(tǒng)研究了大氣壓輝光(APG)等離子體反應(yīng)裝置，他們成功地使用這套裝置制備了聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜。并指出，一個在大氣下穩(wěn)定的等離子體輝光放電裝置需要滿足以下條件：  (1)用氦為稀釋氣體；  (2)頻率高于1kHz的交流電源；  (3)安裝在低電極上的絕緣盤；(4)安裝在底部的熔化盤高電極。經(jīng)傅立葉紅外光譜(FTIR)和Ｘ射線光電子化學(xué)分析(ESCA)顯示，APG等離子體聚合方法由于反應(yīng)時(shí)氣壓較低，對沉積膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響較小，因此，此法在制備大面積聚合物薄膜工業(yè)化生產(chǎn)方面具有潛在應(yīng)用，可以減少實(shí)驗(yàn)裝置及工藝操作費(fèi)用?！　kovali和Dilsiz報(bào)道了等離子體工藝參數(shù)對薄膜性能的影響，例如電極材料，基體溫度對化學(xué)結(jié)構(gòu)和沉積速率的影響。Sadhir等報(bào)道了基體溫度對等離子體聚合物膜導(dǎo)電性的影響。在其它參數(shù)相同的條件下，隨著基體溫度從25℃增加到150℃，四甲基鍺膜的導(dǎo)電性增加了4個數(shù)量級。膜在150℃沉積表現(xiàn)出典型的半導(dǎo)體特性；但如果在25℃時(shí)沉積，剪切導(dǎo)電性僅為1.0×10-6S／cm。此外，其它一些因素對薄膜的性質(zhì)也有很大影響。例如，四甲基錫在不同等離子體中緩慢冷卻可以形成兩種不同結(jié)構(gòu)：在氮?dú)獾入x子體中緩慢冷卻得到高度支化的無定形聚合物：當(dāng)用氬處理時(shí)則得到一種高度結(jié)晶的聚合物。另外反應(yīng)器材料也能對乙基等離子體聚合物膜的沉積產(chǎn)生重要影響?！　?等離子體聚合物薄膜的結(jié)構(gòu)表征　　一般認(rèn)為等離子體聚合物膜是無定形的，其化學(xué)組成和鍵接方式等內(nèi)部性質(zhì)通常與同樣成分的傳統(tǒng)聚合物大不相同，具有高度交聯(lián)化現(xiàn)象，也有一些不飽和鍵存在。由于在大多數(shù)等離子體聚合物膜制備中，僅有很少量產(chǎn)物生成，有些甚至只有毫克量級，此外，等離子體聚合物膜因?yàn)楦叨冉宦?lián)一般不溶于有機(jī)溶劑，這些因素大大增加了其表征的復(fù)雜性。目前可用于等離子體聚合物膜結(jié)構(gòu)研究的方法主要有傅立葉變換紅外光(FTIR)、紫外吸收光譜(UV)、電子熒光光譜、螺旋鉆電子光譜(AES)、X射線光電子能譜(XP5)、固態(tài)核磁共振譜(NMR)、凝膠滲透色譜、電子自旋共振(ESR)、差示掃描量熱法(DSC)、透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)等方法。FTIR光譜和XPS是研究這些薄膜化學(xué)結(jié)構(gòu)非常常用的技術(shù)。