[发明专利]水膜快速擦写导电聚偏乙烯导电层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光辐照改性技术和导电聚合物材料制备领域，尤指采用准分子激光制备导电聚偏氟乙烯过程中，一种对其表面导电层进行快速擦写的方法。

背景技术

准分子激光具有波长短、能量高、无污染、自动性强及操作简单等特点，在材料改性方面有着广泛的应用，如激光光刻、激光沉积和激光打标。通过控制激光能量流密度，使激光能量有效地注入材料表面表层，可在不影响材料内部性质的同时赋予材料更多新的性能和功能。其中，采用准分子激光诱导聚合物材料表面电学性质的改变方面的研究一直是国内外研究机构热点，也是制备导电聚合物最有效途径：如1991年，Rice等人在《Journal of Intelligent Material Systems and Structures》上报道采用248nm准分子激光辐照聚酰亚胺(Kapton，PI)和聚苯并咪唑，使其表面电导率提高了15个数量级达1～10(Ω^-1cm^-1)；2000年，Zongyi Qin等人在《Surface and Interface Analysis》上分析KrF激光辐照聚酰亚胺的作用机理，认为激光光热作用是导电层形成主要原因；2006年，我课题组在《Applied Physics Letters》上发表的文章“Increasing the electrical conductivity of poly(vinylidene fluoride)by KrF excimer laser irradiation”，采用248nm准分子辐照方法处理聚偏氟乙烯材料(PVDF)，使其表面电导率提高了9个数量，由10^-13Ω^-1cm^-1到达10^-4Ω^-1cm^-110^-1；另外2010年，我课题组在《中国激光》报道了在发现PVDF导电层形成过程基础上，揭示以C-C化学键为主构成的规整三维网络结构的改性层是其电导率大幅度提高的主要原因。虽然这些采用准分子激光的处理方法实现了多种聚合物材料表面导电层的制备，但是制备过程中产生了大量废料或不合格产品，提高了制造成本同时造成极大浪费，另外，对于导电层局部或大面积的清除方法的研究也尚属空白。因此，针对导电层的可快速擦写操作方法的研究极为必要。导电层的清除与再造制备将实现原材料的重复利用，节约资源，降低成本，进一步推动导电聚合物的应用进程。本发明将以248nm准分子激光制备导电聚偏氟乙烯材料的研究成果为基础，探讨其导电层的快速擦写方法，并为其它类型的激光制备导电聚合物材料和揭示导电机理提供实验数据和理论基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用水膜激光汽化途径快速擦写导电聚偏乙烯材料导电层的方法，其可在室温及空气环境下实现对导电层的局部或全部区域的清除工作，借以提高原材料的使用率，降低成本，促进导电塑料工业化进程。

本发明的基本思想是：在预清除导电层的上方覆盖水膜，采用准分子激光辐照技术在作用区域内产生高温高压环境，导电层在水膜激光汽化过程中被破坏而去除。被还原的材料表面通过激光辐照可迅速再次改性，从而达到了材料的重复利用。

本发明采用的具体技术方案如下：采用准分子激光辐照改性光路系统直接对附有水膜10的试样9进行导电层8清除处理。水膜快速擦写导电聚偏乙烯导电层的方法，准分子激光辐照改性光路沿光的传播方向依次设置激光器1、第一级复眼2、第二级复眼3、第一级物镜4、第二级物镜5、反射镜6及样品台7；有导电聚偏乙烯导电层8的试样9放置于工作台上，水膜10为纯净水，通过胶头滴管附于导电层8上；试样9处的激光辐照能量密度通过激光输出能量及辐照面积进行调节，试样9上的导电聚偏乙烯导电层表面电导率可通过激光能量密度及脉冲个数进行调节；实现导电聚偏乙烯导电层水膜快擦写的过程按以下步骤进行：

1)将厚度大于或等于0.5毫米的导电聚偏氟乙烯PVDF试样9固定在水平样品台7上；其导电层8的电导率通过四探针测量获得为1.83×10-3Ω-1cm-1；

2)采用红光激光器进行准直；使经过准分子激光辐照光路系统后的激光光斑与导电层位置保持垂直重合，以达到均匀辐照的目的；

3)添加水膜。通过胶头滴管将纯净水以液滴的形式附于导电层上，使其逐步扩散覆盖到所需清除区域；

4)调节激光器激光的输出能量值，以使材料上所添加的水膜能够蒸发为宜，打开激光器1进行准分子激光水下去除导电层操作；