聚酰亚胺封装涂层中水的传输行为以及涂层对水阻滞能力的劣化机制研究

作者：张杨; 都诗瑶; 孟美江; 李瑛^*

来源：表面技术, 2021, 50(11): 137-146.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.11.012

• 植入式电子器件
• 封装涂层
• 聚酰亚胺
• 水传输
• 劣化机制
• 生物大分子

目的揭示可植入电子器件(IEDs)封装用聚酰亚胺材料中水的传输行为及阻滞性能劣化机制,为寻求该封装材料的阻滞性能和寿命的评价方法、提高IEDs的保护能力提供基础试验数据和理论参考。方法选择模拟体液为研究介质,采用称重试验、电化学阻抗谱(EIS)、形貌表征和孔隙率测定等技术手段,研究水在聚酰亚胺涂层中的传输行为及涂层阻滞性能的劣化机制,同时探讨生物大分子对涂层中水传输行为的影响。结果涂层中水的传输行为包括4个阶段:第一阶段为水在涂层表面的润湿过程,此阶段吸水率在短时间内迅速增加;第二阶段为Fick扩散阶段,此阶段水的扩散系数仅为5.6×10–15 cm/s;第三阶段,吸水率突增,此阶段有结合水形成;第四阶段,吸水达到饱和,水以自由水和结合水两种状态存在。涂层阻滞性能劣化是由于涂层在基体上的附着力较小,仅为1.78MPa,当水等侵蚀性粒子进入涂层时,会导致涂层起泡,阻滞性能劣化。此外,由于涂层平均孔径小于体液中生物大分子的尺寸,吸附在涂层表面的大分子对水在涂层中的传输起到阻滞作用。结论聚酰亚胺涂层中水的传输速度较慢,而且体液中的大分子会进一步阻止水的进入,故聚酰亚胺是较为理想的体内封装材料,通过提升涂层与基体的结合力,可以提高涂层的使役寿命。

• 单位
  中国科学技术大学; 东北大学; 中国科学院金属研究所