[发明专利]多孔膜厚度与孔隙率二维分布测定方法

说明书

一种多孔膜厚度与孔隙率二维分布测定方法，包括：获得包含透明基底/缓冲膜/待测多孔膜的共振芯片；以宽带线偏振平行光为入射光，利用高光谱成像装置获取共振芯片的一实测共振图像和至少一组实测共振光谱；确定第一实测共振图像每一像素区域的至少两个实测共振波长；分别在至少两个实测共振波长所对应的测试条件下，通过仿真拟合求取表征每一像素区域处待测多孔膜的孔隙率和厚度关系的至少两个函数；求取同时满足该至少两个函数的孔隙率和厚度，即为每一像素区域位置处待测多孔膜的孔隙率和厚度。本发明具有原位实时、测量精度高、无破坏性等特点。

技术领域

本发明涉及薄膜表征技术领域，尤其涉及一种多孔膜厚度与孔隙率二维分布测定方法。

背景技术

多孔薄膜相对密度低，比表面积大，介电常数小，机械强度高，化学和热力学稳定性好，吸附能力强，催化活性高，热导系数小，吸声效果佳，多孔薄膜的孔结构分布均匀，孔尺寸和孔间距远小于可见-近红外波长，因此是稳定的光学均匀介质。这些优秀的物理/化学特性使多孔膜在光学、电子、催化、分离/过滤、生化传感器、新能源器件等众多领域具有重要的应用价值，使其成为众多薄膜器件的理想选择。多孔薄膜的平均折射率能够利用Bruggeman有效介质近似理论、Maxwell Garnett有效介质近似理论、Lorentz-Lorenz有效介质近似理论等分析得出。厚度和孔隙率是表征多孔膜的两个最重要的参数，多孔膜的许多实际应用都与其厚度和孔隙率密切相关。为了实现多孔膜在各种应用中的性能优化，需要我们对多孔膜的厚度和孔隙率进行精确控制，而实现对多孔膜厚度和孔隙率的精确控制的前提条件是掌握对多孔膜厚度和孔隙率的准确测量方法。

目前常用于测量多孔材料孔隙率的方法是Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法。这种方法虽然测量精度高，但要求待测样品是一定量(数毫克)的粉末，它不能对薄膜样品进行直接测定。当利用BET方法测量多孔膜的孔隙率时，通常需要制备多个相同的薄膜样品，然后利用刀子等工具将各样品的薄膜从基底表面剥离下来聚集到一定量时才能测量。由此可见，这种间接测量多孔膜孔隙率的方法不仅耗时繁琐，而且剥离薄膜引起的测量误差也较大。采用BET方法无法同时得出待测多孔膜的厚度。

常用于测量薄膜厚度的方法主要分为非光学方法和光学方法，前者是指利用非光学的仪器设备直接或间接获取薄膜厚度，主要包括台阶仪、石英晶体微天平、扫描电镜、原子力显微镜等；而后者则是利用光学原理进行的无损测量，主要包括椭圆偏振法、光谱拟合法、干涉测量法、阿贝法(又称布鲁斯特角法)等。上述非光学方法只适合测量多孔膜厚度，不能同时给出薄膜孔隙率，而在采用上述光学方法测量薄膜厚度的过程中通常需要将待测薄膜的折射率作为已知量加以利用。反过来，如果采用非光学手段获得了待测薄膜的厚度，那么利用上述光学方法在厚度已知的条件下也能够获得薄膜的孔隙率。但是，这种多手段融合获取多孔膜厚度和孔隙率的途径不仅复杂耗时，而且使得影响测量精度的因素增多。

针对上述问题，本发明申请人在前期工作中申请了两个发明专利，一个为“单光谱求取多孔膜厚度和孔隙率的方法”(申请号201810143998.9，公开号108332674A)，另一个为“测定多孔薄膜厚度和孔隙率的方法”(申请号201710558888.4，公开号107270822A)。但是这两个发明专利公开的方法测量得到的多孔膜厚度与孔隙率大多为平均值，而不能测量微观区域的厚度和孔隙率以形成二维分布。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多孔膜厚度与孔隙率二维分布测定方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明提供一种多孔膜厚度与孔隙率二维分布测定方法，包括：

步骤A：获得包括透明基底/缓冲膜/待测多孔膜的共振芯片；