導入
| パリレン | |
|---|---|
| 一般的な | |
| IUPAC名 | |
| 化学的性質 | |
| 生のフォーミュラ | C8H8 |
| モル質量 | 104.1491 ± 0.007 g・mol -1 |
パリレンは、前駆体の蒸発と変換後に真空下で蒸着される生体適合性ポリマーフィルムです。この記事では、パリレンを構成するポリマーの単位構造を概説し、そのユニークな加工プロセスがどのように可能であるかを説明します。その構造と実装プロセスから生じる適合性と均一性、電気絶縁性と化学的バリアの特性が示されています。さまざまな種類のパリレンと同様に、その光学特性と表面特性も公開されています。実際、パリレンポリマーのパターンを変更することにより、コーティングの巨視的特性が変化します。
導入
一般にパリレンと呼ばれるポリ-p-キシリレン ポリマー フィルムの発見 [Szwarc、1948] とその堆積プロセスの簡素化 [Gorham、1966] は、素晴らしい科学的および産業的叙事詩の始まりです。 30 年以上にわたり、パリレンは、特に化学構造の新たな開発を通じて期待に応えることができました。このコーティングの主な独創性は、表面上のガス状モノマーの凝縮から得られるため、その実装プロセスにあります。このプロセスは CVD (化学蒸着) に匹敵し、このコーティングに適合性と均一性の点で比類のない特性を与えます。さらに、蒸着は溶媒が存在しない状態で室温で行われるため、膜には残留応力がありません [Dabral、1992]。この透明な半結晶膜は、厚さが数十ナノメートル、または100 μmを超えることもあり、優れた熱力学的安定性、耐溶剤性 [Spivack, 1969] に加え、非常に低い透過性 [Yeh, 1989] を備えています。 。これらの特性により、センサーや医療用インプラントなど、使用環境に敏感な要素の保護層として特に興味深いものになります [Schmidt、1988]。最後に、その誘電特性により、あらゆる種類の電気絶縁用途で好ましい材料となっています [ジュネジャ、2006]。したがって、パリレンは、エレクトロニクス、医療、マイクロメカニクス、軍事、フェライト、磁石、または粉末になりやすいその他の材料、シリコーンおよびエラストマー、マイクロおよびナノテクノロジーなどのさまざまな産業で使用されることになります。
堆積と重合の原理
ゴーラム プロセス [Gorham、1966] として知られるパリレンの堆積では、トリシクロ[8.2.2.2 4 , 7]ヘキサデカ-4,6,10,12,13,15-ヘキサエンまたは[2,2 ]パラシクロファンが使用されます。前駆体として。パラシクロファンは粉末状の固体の形で提供されます。この堆積原理は 3 つの段階に分類されます。
一次真空下 (~10 -1 Pa):
1. 固体パラシクロファンを100 °C以上に加熱して昇華させます。
2. パラシクロファン蒸気は500 °C以上の熱分解ゾーンを通過し、2 つの脂肪族 C-C 結合が切断され、2 つの反応性 p-キシリレン分子が形成されます。
3. 室温で蒸着チャンバーに入ると、p-キシリレン分子が表面に吸着し、自発的に重合してパリレン膜を形成します。
揮発性残留物を捕捉してポンプ装置を保護するために、蒸着チャンバーの後にコールド トラップが配置されます。
堆積されるフィルムの厚さは、コーティングされる総表面積および昇華されるパラシクロファンの量によって決まります。
パリレンの自発的な熱重合のメカニズムは広範囲に研究されており、考慮されている主な経路がまとめられています [Utley, 2002]。
実験的には、堆積速度はチャンバー内の p-キシリレンガスの温度と圧力に依存することが判明しています。圧力が増加すると堆積速度は比例して増加しますが、温度が増加すると堆積速度は減少します。ただし、超えてはならない最大圧力があり、超えない場合、ポリ-p-キシリレン鎖の形成が縮合の前に部分的に始まり、フィルムの最終品質と三量体形成の最小閾値圧力が変化し、重合が開始されます。チャンバー内のｐ－キシリレンガス圧力およびコーティングされる基板の温度の関数としてのパリレン堆積速度のいくつかのモデルが開発されている。最も古いものは、鎖に追加されるモノマーの化学反応の速度論に基づいており、表面上の p-キシリレン モノマーの濃度が膜の成長を制御すると仮定しています。使用するモデルに応じて 3 つのカテゴリに分類できます。フローリー、ラングミュア、ブルナウアー・エメット・テラー。新しいアプローチでは、表面上のモノマーの吸収速度が制限因子であると考えられており、レナード・ジョーンズポテンシャルにおける物理吸着と化学吸着の現象が含まれています。このいわゆる「化学吸着」モデルは、実験データと最もよく一致します [Fortin, 2002]。
さまざまなタイプのパリレンの堆積速度は、ガス状モノマーの分子量、立体障害、特にガス状モノマーの反応性などのいくつかの要因に依存します。実際、それらの反応性は置換元素の存在によって非常に大きな影響を受けます。芳香環上または 2 つの脂肪族炭素上でのそれらの位置は、分子の極性を変更し、したがって成長する基板または層との相互作用のレベルを変更します。
コーティングされる基板の表面へのパリレン フィルムの接着は、フィルムのすべての特性を保証するために不可欠です。したがって、表面処理は非常に重要です。パリレンの化学慣性は、多くの場合、基板との弱いファンデルウォール型相互作用のみを引き起こします。プラズマまたはシランタイプのカップリング剤を前処理段階で適用できます。シランは、より強力な共有結合を介して無機基板とフィルムの間に架橋を形成します。蒸着技術には、コーティングする部品の種類に応じて 2 種類あります。壊れやすい部品や大きな部品 (~cm) の場合は静的技術、部品が大量にある場合は一定の混合技術です。
