科学网—软团聚体对CMP料浆性能的影响 - 黄振鹏的博文

加入聚合物聚环氧乙烷PEO为什么会导致絮氧化硅絮凝，长时间搅拌后又会分散开？

一、桥接作用机制

1. 聚合物吸附：PEO 通过氢键或范德华力吸附在二氧化硅颗粒表面（pH 9.5 时吸附效果显著）；由于 PEO 分子量高达 8,000,000，其长链结构可同时覆盖多个颗粒表面。

2. 颗粒间桥接：单个 PEO 分子的两端分别吸附在两个或多个颗粒表面，形成 “桥接” 结构；这种物理交联将颗粒连接成絮团，导致絮凝体尺寸增大（如论文中出现 5–10 µm 的双峰分布）。

二、絮凝体的动态平衡

1. 初始絮凝阶段：搅拌初期，桥接作用占主导，浆料呈现高絮凝态（颗粒团聚严重）。

2. 分散阶段：长时间搅拌（如 2 小时）产生剪切力，破坏部分桥接，PEO 链断裂或从颗粒表面脱附；颗粒重新分散，尺寸分布恢复至基准水平（主峰 0.2 µm）。

3. 最终稳定态：未完全断裂的 PEO 链在颗粒表面形成吸附层，通过空间位阻效应阻止颗粒重新团聚；此时浆料兼具低摩擦系数（润滑性）和高分散性（如分散态下 RMS 降至 0.77 nm）。

三、关键影响因素

1. 聚合物浓度：论文中 0.5 mg/g 的 PEO 浓度处于临界絮凝浓度附近，仅形成部分桥接；若浓度过高，可能导致不可逆絮凝（如盐凝结的不可逆性）。

2. 剪切力强度：适度搅拌可平衡桥接与分散，避免过度团聚或完全解絮凝。

3. 颗粒表面性质：二氧化硅在碱性条件下带负电，PEO 的中性特性使其无法通过静电中和絮凝，桥接成为唯一机制。

四、论文实验验证

1. 粒度分析：絮凝态浆料出现 5–10 µm 峰，分散后峰消失

2. 表面质量：絮凝态导致 Rmax 从 25 nm 增至 45 nm，分散态恢复至 20 nm

3. 摩擦系数：PEO 分散态下摩擦系数降至 0.12，验证空间位阻润滑作用。

五、总结

聚合物导致絮凝的本质是桥接作用，通过控制搅拌时间和聚合物浓度，可实现絮凝与分散的动态平衡，从而优化 CMP 浆料性能。

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自黄振鹏科学网博客。
链接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-3400811-1477702.html

上一篇：软团聚体对CMP料浆性能的影响