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可调制波形双极性高功率脉冲磁控溅射聚酰亚胺-金属薄膜的机械性能研究

高功率脉冲磁控溅射；双极性；聚酰亚胺-金属薄膜；机械性能

高功率脉冲磁控溅射相较于常规的直流和脉冲磁控溅射，具有明显的峰值电流和峰值功率，可制备具有良好膜基结合力、致密度的二维固体薄膜。然而上述的表述仅针对导电基体而言，针对真空室内不能施加偏压的绝缘基体(树脂、玻璃、塑料等)，获得的薄膜结合力可能无法满足实际柔性电子器件的需求，例如柔性电极、可穿戴传感器等。为此我们基于实验室自主研发的可调制波形双极性高功率脉冲电源进行实际的真空等离子体放电制备聚酰亚胺-金属薄膜，此时真空室内获得的等离子体具有高效定向的运动能力以及在工件附近的翘层区域附近获得较高的等离子体密度。其中，采用BP-HIPIMS放电波形(单段正反交替波形)和DBP-HIPIMS(两段正反交替波形)的结合力(划痕法)分别为23.5N和22N，这远高于HIPIMS(单段反向波形)和DP-HIPIMS(两段双反向波形)。同时，采用有机涂料划格法对薄膜结合力等级进行评价，相较于直流磁控溅射制备的聚酰亚胺-金属薄膜，采用HIPIMS、BP-HIPIMS、DP-HIPIMS和DBP-HIPIMS放电制备的聚酰亚胺-金属薄膜的ASTM附着力等级均达到5B，表面软基体薄膜具有良好的结合力。除此之外，采用销盘式摩擦磨损实验机对不同可调制波形制备的聚酰亚胺-金属膜进行摩擦学性能测试。实验表明，BP-HIPIMS和DBP-HIPIMS放电波形对应的初始摩擦系数均高于0.25。HIPIMS和DP-HIPIMS放电波形对应的初始摩擦系数均低于0.2。但BP-HIPIMS和DBP-HIPIMS放电波形对应的薄膜磨痕宽度宽度分别为221.8µm和217.8µm，薄膜磨痕宽度较放电波形为HIPIMS和DP-HIPIMS的磨痕宽度有所减少。