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解释无机成分深度分布以了解气相渗透过程中的限速步骤 Shuaib A. Balogun 1、Yi Ren 2、Ryan P. Lively 2 和 Mark D. Losego 1,* 1 佐治亚理工学院材料科学与工程学院，美国佐治亚州亚特兰大 2 佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院，美国佐治亚州亚特兰大 *电子邮件：losego@gatech.edu 摘要 气相渗透 (VPI) 是一种聚合后改性技术，它将无机物注入聚合物中以创建具有新性能的有机-无机杂化材料。关于 VPI 工艺背后的化学动力学，我们仍有许多未解之谜。本研究的目的是更好地了解控制三甲基铝 (TMA) 和 TiCl 4 渗透到 PMMA 中形成无机-PMMA 杂化材料的工艺动力学。为了获得深刻见解，本文首先研究了根据最近提出的 VPI 反应扩散模型计算出的无机物时空浓度的预测结果。该模型深入了解了材料从聚合物转变为混合物时产生的 Damköhler 数（反应与扩散速率）和非 Fickian 扩散过程（阻碍）如何影响无机浓度深度剖面随时间的变化。随后，收集了 90 °C 和 135 °C 下 TMA 和 TiCl 4 渗透 PMMA 薄膜的实验性 XPS 深度剖面。将这些深度剖面在不同渗透时间下的功能行为与各种计算预测进行定性比较，并得出关于每个过程机制的结论。对于本文研究的薄膜厚度（200 nm），TMA 渗透到 PMMA 中似乎从低温（90 °C）下的扩散限制过程转变为高温（135 °C）下的反应限制过程。 TMA 似乎可以在几个小时内完全渗透这些 200 nm 的 PMMA 薄膜，但 TiCl 4 渗透到 PMMA 中的速度要慢得多，即使在前体暴露 2 天后也未完全饱和。90 °C 下的渗透速度非常慢，无法得出有关机理的明确结论；然而，在 135 °C 下，TiCl 4 渗透到 PMMA 中显然是一个反应限制过程，TiCl 4 仅需几分钟即可渗透整个厚度（低浓度），但无机负载在 2 天内以均匀的方式持续增加。近表面与反应限制过程预期的均匀负载的偏差也表明 TiCl 4 渗透到 PMMA 中的扩散阻碍很大。这些结果展示了一种新的非原位分析方法，用于研究气相渗透的限速过程机制。
气相渗透工艺中的限制步骤 - NSF-PAR
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