氮掺杂有机硅等离子体聚合物机械性能的时效降解机制及其结构演变研究

这篇研究聚焦氮掺杂等离子体聚合六甲基二硅氧烷(ppHMDSO)薄膜在环境老化过程中的机械性能退化机制，通过微/纳米压痕技术（QSpul、HD分析）结合FTIR和XPS表征，揭示了Si-N键水解导致的薄膜硬度（HM）、弹性模量梯度变化规律，为PECVD制备功能涂层的长期稳定性评估提供了创新方法学框架。

　　

亮点

本研究首次通过差分硬度(HD)分析和准静态部分卸载(QSpul)纳米压痕技术，实时捕捉氮掺杂ppHMDSO薄膜在环境老化过程中的机械性能梯度变化，揭示了Si-N键水解与薄膜硬度(HM)衰减的定量关联。

氮掺杂HMDSO等离子体聚合物薄膜的差分硬度分析

初始厚度0.38-1.99μm的薄膜在相对压痕深度≤0.15时，马氏硬度(HM₀)为2.4-2.7GPa。值得注意的是，厚度较薄的薄膜(0.38μm)在老化24小时后硬度下降达37%，而1.99μm薄膜仅降低8%，表明水解引发的Si-N→Si-O转化存在显著厚度依赖性。通过微分硬度曲线可清晰观察到表层0.1μm区域的"软化前沿"随时间向薄膜内部推进的现象。

结论

本研究建立了氮掺杂ppHMDSO薄膜机械性能退化与Si₃N₄相水解的构效关系，证明差分硬度分析能灵敏检测纳米级梯度变化。薄膜厚度作为关键参数，调控着环境分子(O₂,H₂O)扩散速率，最终决定整体老化动力学——这为设计长效稳定的等离子体功能涂层提供了重要理论依据。