chap9等离子体聚合
等离子体——精选推荐
等离子体的化学特性及形成原因第一章等离子体概念等离子体是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为近似电中性的电离气体．它与大家熟悉的物质三态(固态、液态和气态)一样是物质存在的又一种聚集态，所以人们又把等离子体称为物质第四态，或称为等离子态。
首先在组成上，电离气体与普通气体明显不同。
后者是由电中性的分子或原子组成的，前者则是带电粒子和中性粒子组成的集合体。
在性质上，电离气体与普通气体有着本质区别。
首先，它是一种导电流体，而又能在与气体体积相比拟的宏观尺度内维持电中性。
其二，气体分子间并不存在净电磁力，而电离气体中的带电粒子间存在库仑力，由此导致带电粒子群的种种集体运动。
再者，作为一个带电粒子系，其运动行为会受到磁场的影响和支配。
固此，这种电离气体是有别于普通气体的一种新的物质聚集态。
按聚集态的顺序，列为物质第四态．鉴于无论部分电离还是完全电离，其中的正电荷总数和负电荷总数在数值上总是相等的，故称为等离子体。
简而言之，等离子体就是指电离气体，它是电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体。
第二章等离子体的存在一般来说，人们对固、液、气“三态”十分熟悉，而对等离子态却可能比较陌生．这是因为在地球表面环境中，通常不具备等离子体产生的条件．例如在地球表面空气里，由于宇宙射线的作用每秒在1cm3内大约只产生5对离子．这相对于标淮状态下的气体密度来，实在是微乎其微．因此只有在特定条件下，才能看到自然界的等离子体现象，如闪电和极光等．与地球上的情况截然不同，在茫茫宇宙中，99％以上的物质都呈等离子态．太阳就是一个灼热的等离子体火球，恒星、星际空间和地球上空的电离层也都是等离子体．因此，就整个宇宙而言，等离子体是物质存在的普遍形式。
其实，我们周围也有许多人工发生的等离子体。
最常见的是霓虹灯管中的辉光放电、电弧和荧光灯管中也都存在等离子体。
人们在实验室中最早研究的等离于体也是通过气体放电获得的。
在一定条件下，物质的各态之间可以互相转化而物质的不同聚集态对应着物质粒子(原子、分子和离子)排列的不同有序程度。
等离子体聚合分解
能量
/eV 4.5 4.2 4.7 5.4 4.8 3.7 4.1 4.3 4.5 3.8 /(KJ/mol) 435 406 454 522 464 358 396 416 435 367
化学键
HC≡CH H2C=CH2 CH3-CH3 CH3-C6H5 CH3-CN CH3OH CH3-Cl CH-Br CH-I C6H5-Cl
*定义2: ―等离子体是由大量带电粒子组成的非 凝聚系统。”
（国家自然科学基金委，“等离子体物理学发展 战略调研报告”，1994年） 强调了非凝聚系统，即排除了单纯的固态和液 态，但包含了电子束和离子束。
等离子体定义3:
―等离子体是包含足够多的正负电荷 数目近于相等的带电粒子的非凝聚系统。” （YXF）
星际空间气压很低 (~101-2 粒子/cm3)，低温下即会 高度电离 （电离源：宇宙射线, 或直接来自太阳大气 层—太阳风）。
等离子体分类
(三) 按热力学平衡分类
1. 完全热（力学）平衡等离子体 (CTE) (Complete Thermal Equilibrium Plasma) 2. 局域热（力学）平衡等离子体 (LTE) (Local Thermal Equilibrium Plasma) 3. 非热（力学）平衡等离子体 (NTE) (Non-Thermal Equilibrium Plasma) （or Non-Equilibrium Plasma)
(H20 仅吸收短于185 nm 的光,到达地球之太阳光中含此波 段光很少) RN Dixon, DW Hwang, XF Yang, …, XM Yang, Science, 285 (1999) 1249-53. （ λ = 121.6 nm）
4. 电子活化 (系等离子体活化之一次过程) 电子与反应分子碰撞产生激发态原子、分子、 自由基和离子等。
等离子体
等离子体一、等离子体介绍：等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。
等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。
等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。
等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将“等离子体”（plasma）一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]。
严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。
等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。
其实，人们对等离子体现象并不生疏。
在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。
对于整个宇宙来讲，几乎99．9%以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。
用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。
分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。
在通常情况下，即上述物质前三种形态，电子与核之间的关系比较固定，即电子以不同的能级存在于核场的周围，其势能或动能不大。
等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态．普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开到1亿开，所有气体原子全部电离．电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等．这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体．例如：等离子体造就的宇宙和自然奇观闪电极光星云太阳表面二、磁场对等离子体的运动影响：单粒子运动等离子体中带电粒子之间存在着电力，因此，这些粒子的运动是紧密耦合的。
等离子体基本概念.ppt
2019-10-31
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在等离子体中，粒子速度方向经一次碰撞就偏转 90°的几率很小，每次碰撞偏转很小角度几率很 大。因此在等离子体中，通过大量小角度散射积 累到大的偏转比只经过一次散射就得到大的偏转 大几十倍。小角度散射是主要的！
2019-10-31
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等离子体定义（统一的 ）
必须指出，并非任何带电粒子组成的体系 都是等离子体，只有具备了等离子体特性 的带电粒子体系，才可称为等离子体。
2019-10-31
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2019-10-31
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等离子体中带电粒子间的相互作用是屏蔽 库仑势，力程为德拜屏蔽长度。
带电粒子的相互作用分成了两部分：
德拜球外：长程库仑作用，集体行为
德拜球内：的短程库仑作用，“库仑碰撞”
“库仑碰撞”总是一个带电粒子同时与大 量其它带电粒子相“碰撞”
2019-10-31
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在等离子体中考察任一个
带电粒子，由于它的静电
场作用，在其附近会吸引
异号电荷的粒子、同时排
斥同号电荷的粒子，从而
在其周围会出现净的异号
“电荷云”，这样就削弱
了这个带电粒子对远处其
他带电粒子的作用，这就 是电荷屏蔽现象。因此在
+
等离子体中，一个带电粒
子对较远处的另一个带电
电荷分布： (r) Znie nee q (r)
(r) e2(ne0 / Te ni0Z 2 / Ti ) q (r)
0 / D2 q (r)
等离子体聚合
高分子现代合成方法与技术
6.4 非聚合性等离子体反应
6.4.1 非聚合性等离子体反应概念
• 根据导入等离子体聚合反应器中的化合物不同，可以分为聚合性等离 子体和非聚合性等离子体两种，前面讨论等离子体聚合和等离子体引 发聚合均属于前一种。对于后者，非聚合性等离子体的特点是气体本 身在过程中不发生聚合反应，但它可引起其他物质的化学反应，因此 对高分子材料的表面改性具有十分重要的作用。非聚合性等离子体又 可以分成为反应性等离 子体和非反应性等离子体两大类。
等离子体引发聚合（plasma initiatated polymerization)是利用单体 蒸气激发产生等离子 体，使等离子体活性基团与单体液面或固体表面 接触实现聚合制备高分子的方法。 与等离子体聚合不同，等离子体引发聚合可以不破坏单体的结构，合成 直链超高相对分子质量聚合物或 结晶性聚合物。 等离子体引发聚合有两个显著的特征： (1)聚合的引发反应是在气相中进行的；
高分子现代合成方法与技术
6.2.2 等离子体聚合方法和装臵
• 辉光放电法
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• 电晕放电法
• 溅射法
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• CVD
高分子现代合成方法与技术
6.2.3 等离子体聚合反应特征
• (1)几乎所有的有机化合物或有机金属化合物都可以进行聚 合，除带双键的或其他官能 团的单体外，像甲烷、乙烷 、苯、甲苯、氟代烷、烷基硅烷等饱和烷烃类化合物都可 进行聚合而得 到不同的聚合物。 • (2)等离子体聚合可以由输入能量、单体加入速度及真空度 进行控制，不同条件下可以得 到粉末、油状或薄膜状等 不同性状的聚合物，产物结构复杂，通常支链很多。 • (3)由于多种活性粒子在气相中同时引发聚合反应，聚合产 物则在器壁和底层沉积，因此 等离子体聚合的机理和过 程极其复杂。
等离子体聚合简介
扰能力和 良好的 隐蔽性 ．因此惯性 导航系 统
在 导 弹、 潜艇、 飞机、 宇 宙 飞船 中得 到 了 广泛 的
应 用
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硅 氧烷， 硅 烷 等 含 硅 的单 体 以及 含 有金 属 原 子 的等 离 子体 聚合 物 膜 ． ２ ．根 据 不 同 的 需 要 选 择辉 光 放 电 类 型 和
号给 Ｇ ， Ｇ， 中产生磁 场 豆 其方 向和 ＾ ｆ ｒ ， 垂
直， 不 在 中 产生 感 应 电 动势 ， 而 和 平 行
在
中产 生 感 应 电 动势 控 制 他 以平衡 干 扰
力 矩 ．如 图 ８ （ ｄ ） ， 当航 向角变 为 ９ ｏ 。 时， Ｇ Ｇ ， Ｇ 、 Ｇ ， ， 方 位不 变， Ｍ 、 Ｍ 转 ｖ 过９ ０ 。 ．若 仍 有 干扰 力矩 作 用 于 纵 向稳定 轴， 对 此 力 矩此 时 Ｇ 不 敏感 而 Ｇ 敏感， Ｇ 输 出电信号 给 Ｇ ， Ｇ 中 产 生磁 场 豆 其方 向仍 和 Ｍ 垂 直 和 ． 平行 ， 在 中产 生感 应 电动势 控 制 ． ．如 图 ８ （ ｅ ） ， ＜９ ０ 。 时， 仍假 设 干扰 力矩 作 当航向 为 ， ０
体中， 它 都 会 形成 表 面交 联 ．ｏ２ 、 Ｈ ｅ和 空 气 等 离子 体 能改 善聚 合物 的粘 附 力 ．
在 等 离 子 体 聚 合 物 体 性 质基 础 上 的 应 用
有： 使 用等 离 子体 聚 合 物 薄 膜 通 过 物 质 扩 散还
可 以将 和 ｃ 地 气 体 分离 ｛ 等 离 子 体膜 可 作 为 阻 挡层 和防 护 膜 ， 沉 积 高 附 着 力 的交 联 无 孔等
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等离子体引发聚合
等离子体引发聚合张卫华 梁红军 後晓淮(中国科学院化学所 北京 100080)摘 要 叙述了近年来等离子体引发聚合反应的研究情况及其在表面改性与合成新型高分子材料等方面的应用。
关键词 等离子体 引发 接枝Abstract In this paper,the development of plasma initiated polymer izatio n in r ecent year s has been rev iew ed.It's a pplicatio ns on surface modification and synthesis o f new ty pe polymer s etc.havealso been discribed.Key words P lasma,Initiate,G ra fting等离子体引发聚合是指利用等离子体产生的活性物种引发特定单体聚合的一种新的聚合方法,它可以分为引发本体、溶液、乳液及悬浮聚合和引发单体在其他被处理材料的表面进行接枝聚合两大类型。
其中,对常规聚合物进行表面修饰以拓展其应用、提高其性能的等离子体引发接枝聚合方法吸引了众多研究者的兴趣。
与等离子体聚合及等离子体表面改性技术相比,等离子体引发接枝聚合的一个显著优点是能在显著改善材料表面性质的同时,不引入新的表面层,表面性质的改善不随时间而衰减。
等离子体引发接枝聚合反应按单体形态不同可分为液相单体引发接枝和气相单体引发接枝两种,按引发机制又可以分为直接引发接枝和间接引发接枝两种。
1 影响等离子体引发接枝聚合接枝率的因素1.1 等离子体引发条件对接枝率的影响1.1.1 放电功率 在直接引发接枝的情况下,Hirotsu等[1]研究了在多孔PP膜上接枝甲基丙烯酸-N,N-2-甲基乙胺酯(DM AEMA)时发现,接枝率先随处理功率增大而增大,至20W后逐渐随功率的增大而降低。
Suzuki等[2]在PE膜上等离子体引发接枝丙烯酰胺的实验中也得到类似的结果。
等离子体共聚合反应的初步探讨
等离子体共聚合反应的初步探讨
等离子体共聚合反应（PPP）是指在一定条件下将两种或多种有机分子通过等离子体介质
中的电子能量或形成的分子中的活性碱基引发的反应，最终产生芳香族高分子聚合物的反应。
等离子体共聚合反应除了利用等离子体为催化剂，可以有效控制聚合反应所需要的条件和激发剂投入,可以实现温和、高效率、络合速度快等优点，应用于聚合反应中，极大地拓宽了有机聚合反应的应用范围。
等离子体共聚合反应在聚合反应中表现出许多长处，其最主要的优势是可以通过激发等离子体介质产生有机分子中的空穴及电子，可以有效的缩短反应的路径。
另外，它还具有良好的控制性和稳定性，可以实现低温高效率的反应，这样可以有效地减少有机分子的分解，大大提高了共聚物的产率。
此外，它还具有体积小、络合速度快等特点，可以大大减少生产过程中采用的原料，降低生产成本。
等离子体共聚合反应一般采用空心晶格和分子。
由于其反应温和，可以实现抑制有机分子的氧化反应，这些分子在反应过程中产生头尾状分子，能够实现有机体系中原子的高效络合，由此实现有机体系的聚合反应，从而使有机尤其是芳香族高分子的产率有明显的提高。
综上所述，等离子体共聚合反应具有控制性强、环境友好、反应温和和反应速度快等优点，是有机聚合反应的重要方式，成为当今研究中较为关注的领域之一。
脉冲 等 离 子 体 聚 合 技 术-概述说明以及解释
脉冲等离子体聚合技术-概述说明以及解释1.引言1.1 概述脉冲等离子体聚合技术是一种利用脉冲电场作用于等离子体，使其在特定条件下聚合形成新的物质结构的技术。
这项技术广泛应用于材料科学、化学工程、生物医药等领域。
脉冲等离子体聚合技术的原理是通过施加高频电场或脉冲电压在等离子体中产生高温高能量等离子体，进而使等离子体中的离子、分子重新排列和结合，形成新的材料结构。
脉冲等离子体聚合技术能够改变材料的表面性质和内部结构，进而改善材料的性能和功能。
该技术的应用领域非常广泛。
在材料科学方面，脉冲等离子体聚合技术可以用于制备新型纳米材料、改善材料表面硬度和抗腐蚀性能；在化学工程领域，它能够用于合成高分子材料和催化剂；在生物医药领域，脉冲等离子体聚合技术可以用于生物医用材料的表面改性和药物传递系统的制备。
脉冲等离子体聚合技术具有许多优势，如操作简单、可控性高、反应时间短、能耗低、成本相对较低等。
然而，该技术也存在一些局限性，如需要高压电源和专业设备、对原材料的选择要求较高等。
随着科学技术不断进步，脉冲等离子体聚合技术也在不断发展。
未来，随着对新材料需求的增加和对材料性能要求的提高，脉冲等离子体聚合技术将继续延伸应用于更多领域。
同时，通过改进技术和设备，提高脉冲等离子体聚合技术的效率和可控性也将是未来的发展方向。
总而言之，脉冲等离子体聚合技术是一项具有广泛应用前景的先进技术，它在材料科学、化学工程和生物医药等领域发挥着重要作用。
随着技术的不断进步和完善，相信脉冲等离子体聚合技术将为人类社会带来更多的创新和发展。
1.2文章结构文章结构本文将按照以下结构进行叙述：引言、正文和结论部分。
引言部分将首先概述脉冲等离子体聚合技术的背景和意义，介绍其在当前科技发展中的重要性。
接着，文章将明确阐述本文的结构和内容安排，以使读者清晰地了解整篇文章的脉络和逻辑关系。
最后，引言部分还将明确本文的目的，即探讨脉冲等离子体聚合技术的定义、应用领域、优势和局限性以及未来的发展趋势。
高分子化学之第九章等离子体的聚合反应
1. 2 等离子体相关概念
（1）等离子体
随着外界供给物质的能量的增加，物质的状态将发生由固 体到液体再到气体的转变
如进一步给气体以能量，则气体原子 中的价电子可以脱离原子而成为自由 电子，原子成为正离子
混合体
电子 正离子 原子 受激原子
中性粒子
正离子与电子 所带电荷相等
等离子体
表面呈中性
如气体中有较多的原子被电离，则原 来是单一原子的气体变为含有电子、 正离子和中性粒子的混合体
C2H4O C6H9Si2O
C2H2.9O0.4 C3.5H10.5Si2O2
乙炔/水蒸气
乙炔/氮气/ 水蒸气
C2H2.7O0.6 四氟乙烯 C2H2.9N0.5O0.7
C2F4
C2F3O0.3
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2. 4 聚合产物的沉积
等离子体聚合过程中的另一个重要步骤是聚合产物的沉 积，在反应器中，任何粒子都会与基体的表面发生碰撞，是 否沉积在表面取决于撞击粒子的动能和基体表面温度。粒子 由于失去一部分动能或由于与表面形成化学键而无法离开基 体表面时，便发生了沉积，与此相反的过程是消融。
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聚合产物
与等离子体聚合不同，等离子体引发聚合可以不破坏 单体的结构，合成直链超高分子量聚合物或结晶性聚合物
从高分子合成化学的角度 来看，其实质是利用非平衡等 离子体作为引发聚合反应的能 源，尽可能保持起始单体的化 学结构而使之聚合
等离子体作为一种特殊的引发方式，其聚合反 应可以在合成新的功能性高分子方面发挥作用
电子能量 > 有机化合物的各种键能
实现等离子体聚合的基础
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低温等离子体具有与高分子化学反应 相匹配的能量水平
利用等离子体中的电 子、离子、自由基及 激发态分子等各种活 性粒子使单体聚合
等离子体引发聚合制备聚马来酸的研究
分类号 U DC:密级编号学位论文等离子体引发聚合制备聚马来酸的研究张广清指导教师姓名:黎铜教授河北工业大学中请学傍级别:硕士学科、专业名称:应用化学论文提交曰删:!QQ§玺3舅一一论文答辩日期:!!!i生:!旦学位授予电位蔓i!三些苤兰答辩委员会主席2005年3月河北T业^学坝:l一学位论立等离子体引发聚合制备聚马来酸的研究摘要本文研究了用等离子体引发马米酸酐(MA水溶液聚合制备聚马来酸(PMA的新工艺。
与传统PMA制备工艺相比,该工艺不使用有机溶剂和双氧水,是一条绿色合成路线。
考察了放电时间、放电功率、单体浓度、后聚合温度及后聚合时删等对等离子体引发聚合制备PMA的单体转化率及产物性能的影响。
得到了较优工艺条件:放电时问60s、放电功率80W、后聚合温度60"C、单体初始质量浓度为45%,后聚合时J、HJ 3h时,此条件下, 转化率可达32%。
通过红外光谱、紫外.可见光光谱分析,确证产物为PMA,其粘均相对分子质量为640,对CaC03的阻垢率可达93%。
研究表明,等离子体引发聚合机理为自由基机理。
通过对不同烯类单体等离子体引发聚合研究发现,单体分子空间位阻越小其反应活性越大,转化率越高。
等离子体弓;发MA与丙烯酸钠(AANa水溶液共聚实验结果表明,共聚物(MA-co.NASa 合成因素对其分散力的影响大小为:放电时间>放电功率>后聚合时间>单体配比>后聚合温度。
优化的反应条件为:放电时间70s、放电功率90W、后聚合温度9040、单体配比 m(MA:m(AANa=30:70及后聚合时间1.5h。
产物粘均相对分子质量为3700,聚合产物分散力为331mg Mn02/100ml,螯合力为340mg CaC03值。
等离子体引发MA与丙烯酰胺(AM水溶液共聚,以缓蚀效果为指标,优化了反应条件为:放电时问50s、放电功率90W、后聚合温度gO 9C、单体配比m(MA:m(AM=35:65、后聚合时间2h。
第七章 等离子体聚合
• H2O和O2等离子体对聚乙烯的处理：
• He、N2、O2等离子体处理氟系高分子和聚乙烯表面：
（2） 聚乙烯，聚丙烯，聚酯等碳氢系列聚合物的表面氟化 可以赋予高分子材料表面良好的防水-防油性和光学特性。
7.5 等离子体在高分子材料表面改性中的应用
7.5.1 等离子体高分子表面改性的特点 • 它是气固反应过程，不使用化学试剂，所以比化学方法更 安全、无污染 • 处理过程简单 • 处理后材料的本体不受影响，而其表面性能却有很大改进 • 处理速度较快
1 超高分子量和聚合物的合成
2 乳化聚合和共聚反应
•
等离子体引发的共聚合反应因单体活性不同，一般出现 以下两种情况： （1）两种聚合活性相近的单体组合时，无论单体组合比如 何变化，都能有效地聚合 （2）若一方为非活性的单体的组合，那么随体系中非活性 单体比例的增大，聚合效率急剧下降。 3 嵌段共聚物的合成 AAM－MMA、AMPS-HEMA、AMPS-AAM等
第七章 等离子体聚合
7.1 概述 1 等离子体的产生 2 等离子体在高分子聚合中的应用 • 表面刻蚀 • 表面层交联 • 表面化学修饰 • 接枝聚合 • 等离子体聚合涂层
7.2 低温等离子体聚合
7.2.1 等离子体的概念： 在一个辉光放电管中，对压力为0.133Pa左右的低压 气体施加一电场进行辉光放电，气体中的少量自由电子将 沿着电场的方向被加速。当压力低、距离长时，电子的运 动趋向极高的速度，因而获得极大的动能。这种高能电子 与分子或原子相碰撞时，会使之激发、离解或化学键的断 裂，形成各种激发态的分子、原子、自由基及电子，整个 气体处于电离状态。其中，正离子和电子所带电荷相等， 表面上呈中性，因而称为等离子体。
7.4.2 低温等离子体对高分子材料的表面处理 当高能态的等离子体轰击高分子表面时，可使高分子表 面的分子链断裂，引发了气-固相间的界面化学反应，从 而发生交联、化学改性、刻蚀等反应。 （1） 表面引入含氧或含氨极性基团可有效地改善非极性高 分子材料表面的亲水性
等离子体-第一部分
等离子体化工导论讲义前言等离子体化工是利用气体放电的方式产生等离子体作为化学性生产手段的一门科学。
因其在原理与应用方面都与传统的化学方法有着完全不同的规律而引起广泛的兴趣，自20世纪70年代以来该学科迅速发展，已经成为人们十分关注的新兴科学领域之一。
特别是，近年来低温等离子体技术以迅猛的势头在化工合成、材料制备、环境保护、集成电路制造等许多领域得到研究和应用，使其成为具有全球影响的重要科学与工程。
例如：先进的等离子体刻蚀设备已成为21世纪目标为0.1μm线宽的集成电路芯片唯一的选择，利用等离子体增强化学气相沉积方法制备无缺陷、附着力大的高品位薄膜将会使微电子学系统设计发生一场技术革命，低温等离子体对废水和废气的处理正在向实际应用阶段过渡，农作物、微生物利用等离子体正在不断培育出新的品种，利用等离子体技术对大分子链实现嫁接和裁剪、利用等离子体实现煤的洁净和生产多种化工原料的煤化工新技术正在发展。
可以说，在不久的将来，低温等离子体技术将在国民经济各个领域产生不可估量的作用。
但是，与应用研究的发展相比，被称为年轻科学的等离子体化学的基础理论研究缓慢而且较薄弱，其理论和方法都未达到成熟的地步。
例如，其中的化学反应是经过何种历程进行，活性基团如何产生等等。
因此，本课程力求介绍这些方面的一些基础理论、研究方法、最新研究成果以及应用工艺。
课程内容安排：1、等离子体的基本概念2、统计物理初步3、等离子体中的能量传递和等离子体的性质4、气体放电原理及其产生方法5、冷等离子体中的化学过程及研究方法6、热等离子体中的化学过程及研究方法7、当前等离子体的研究热点8、等离子体的几种工业应用学习方法：1、加强大学物理和物理化学的知识2、仔细作好课堂笔记，完成规定作业3、大量阅读参考书和科技文献第一章等离子体的概念1．等离子体的定义a．通过气体放电的形式，将电场的能量传递给气体体系，使之发生电离过程，当电离程度达到一定的时候，这种物质的状态就是等离子体状态。
等离子体引发聚合的机理初探
温贵安 福建省上杭县人,26岁,1997年硕士毕业于福建师范大学高分子研究所高分子化学与物理专业,并留校任教。
现为上海交通大学材料学专业在职博士生,从事聚合物改性和加工的研究,已发表论文3篇。
* 福建省自然科学基金资助课题;** 福州大学化学系。
知识介绍等离子体引发聚合的机理初探*温贵安 章文贡 林翠英**(福建师范大学高分子研究所,福州,350007) 提要 等离子体引发聚合与常规自由基聚合存在许多不同之处。
本文从等离子体引发聚合中的一些现象,如较强的溶剂效应、极高的单体选择性、生成超高分子量聚合物等方面,系统介绍了等离子体引发聚合的机理研究成果,并提出了自己的看法。
关键词 低温等离子体,等离子体引发聚合,机理 等离子体引发聚合是近年来出现的一种新型聚合方法。
它是指短时间(数秒到数分钟)辉光放电形成的等离子体,在适当条件下引发烯类单体进行的聚合反应。
其产物为线性大分子,分子量可超过107,具有较窄的分子量分布,故与等离子体聚合在聚合的机理、过程、产物及应用等方面存在很大区别[1]。
等离子体引发聚合因具备许多独特的优点,近年来已引起人们的极大注意,认为是一种具有很高实用价值的聚合方法。
但是由于低温等离子体组成复杂,对等离子体引发聚合的研究存在较大困难。
许多研究者为弄清其机理,进行了不少的工作。
但至今仍众说纷纭。
从已做的不同工作得到如下几点相同的实验事实:(1)等离子体引发聚合产物的立构分布(全同7%,间同66%,无规27%)[2,3]与自由基引发聚合相同;(2)等离子体引发聚合中,共聚物组成与单体的比例关系[4,5]和自由基共聚相符;(3)自由基捕捉剂二苯基-2-二硝基苯肼(DPPH)对等离子体引发聚合同样具有阻聚作用[2]。
由此许多人认为等离子体引发聚合遵循自由基机理。
但是等离子体引发聚合中存在一些特殊现象是自由基机理无法解释的。
1 等离子体引发聚合的特殊现象1.1 对单体的选择性等离子体引发聚合对单体有极高的选择性。
等离子体聚合物
等离子体聚合物
等离子体聚合物是一种新型的高分子材料，它具有许多优异的性质，如高导电性、高可塑性、高强度等，被广泛应用于电子、光电、生物医学等领域。
等离子体聚合物的制备方法有很多种，最常见的是等离子体聚合法。
这种方法是在高压下，将气体或液体放电产生等离子体，然后将单体引入等离子体中进行聚合反应。
这种方法可以制备出高分子链的交联和三维网络结构，从而得到高性能的聚合物材料。
等离子体聚合物的应用非常广泛。
在电子领域，它可以制备出高导电性、高透明性的聚合物薄膜，用于制备电子元器件和显示器件。
在生物医学领域，等离子体聚合物可以制备出生物相容性好、生物降解性能好的聚合物材料，用于制备医用缝合线、人工骨骼等医疗器械。
在环保领域，等离子体聚合物可以制备出吸附性能好、可重复使用的环保材料，用于污染物的吸附和处理。
除了等离子体聚合法，还有一些其他的制备方法，如自由基聚合法、离子聚合法、嵌段共聚法等。
这些方法在不同的领域和应用中都有相应的优势和适用性。
在等离子体聚合物的制备和应用中，还需要注意一些问题。
首先是对单体的选择和合成，需要根据应用的需要选择合适的单体和制备方法。
其次是对反应条件的控制和优化，需要合理选择反应温度、
压力和气体流量等条件，以获得理想的聚合产物。
最后是对聚合物材料的表征和评价，需要进行物理、化学和力学性质的测试和分析，以确定其适用范围和性能。
等离子体聚合物是一种具有巨大潜力和广阔应用前景的高分子材料。
随着科技的不断进步和应用的不断拓展，相信等离子体聚合物将会在更多领域得到应用和发展。
等离子体粒子模拟及应用
磁张力
磁压强
等离子体的平衡
j B p B 0 J B 0
假定磁力线平直， Bx By 0, Bz B 则
Bz B2 0 (B )B 0 p 常数 z 20
伯努利积分？？
磁场的扩散和冻结
B (u B) m 2 B t
扩散 冻结
B m 2 B t
B (u B) t
等离子体动力论
玻尔兹曼方程：
f f f f v a ( )c t r v t f f q f v (E v B) 0 t r m v
10 10 106
§2.3 朗缪尔振荡
●等离子体产生电荷分离后，产生内部电场，力图恢
复电中性，产生振荡。 朗缪尔振荡频率 pe
ne e2 1/ 2 ( ) me 0
朗缪尔振荡振幅
a D
等离子体物理学的应用
●气体放电 ●核聚变 ●空间物理学 ●天体物理学 ●等离子体推进 ●固态电子学 ●气体激光器
vx v cos(t ) v y v sin(t )
●均匀恒定电磁场中的电漂移
vE EB B2
●重力漂移
vE mg B qB 2
带电粒子在变化磁场中的运动
●梯度漂移
vB W W 3 B B= 2 2 R B qB qB R
2W|| qB 2 R 2 2W|| qB 2
磁流体力学方程组
●无粘、不传热、理想导电 E u B 0
( u) 0 t du p j B dt p 常数 B (u B)= t B 0 J
磁压强和磁张力
j B T
等离子体产生技术PPT课件
– 空心阴极放电的阴极属冷阴极，依靠二次电子发射 维持放电；
– 空心阴极有利于提高电离效率 • 径向电子运动在一定条件下可以维持很长的寿命，
从而增加其参与电离的次数（条件：平均自由程大 于圆筒半径，阴极表面的鞘层厚度小于圆筒半径， 电子在另一侧鞘层内被反射） • 阳极面积小，可以减少阳极对电子的吸收，可加强 放电；
– d-e: 正常辉光放电阶段，增大电流，电压一定（原因： 电流密度一定，导电截面积增加）；
– e-f: 反常辉光放电阶段，电压随电流增大（导电面积饱 和）；
– f-g: 过渡到弧光放电；
直流放电管的空间分区
直流辉光放电的阴极效应
• 二次电子发射（secondary electron emission）
直流脉冲放电
• 电极升温 • 控制电子温度 • 同电流密度条件电子密度更高
异常辉光放电
电弧放电
电弧的产生1－热电子
– 在辉光放电中，随着放电电流的增大，大量 高能量等离子体碰撞阴极使其温度上升
– 阴极热电子发射满足Richardson-Dushman方 程，其饱和电子发射流随温度升高而增大
J AT 2eEw / kT
• 溅射（sputtering）
阴极区
放电管电压降大部分落在放电管的阴极和阴极暗区至负辉光之间的 边界之 间，这个区域叫做阴极区。从阴极表面(x＝0)到负辉光的边 界(x＝dc)的长度为dc ，电压 降称之为阴极降，值为Vc伏特。大部分 功率消耗在辉光放电的阴极区。在这个区域内，被 加速电子的能量 高到足以产生电离，使负辉光区和负辉光右面的区域产生雪崩。
• 在亚稳电位较高的基本气体（如氖和氦气）中混入少 量的电离电位较低的杂质气体（如氩和汞蒸汽），使 得混合气体的有效电离截面增加，两种气体发生能量 传递，使混合气体的击穿电压降低。这种现象成为潘 宁效应。
等离子体综述
等离子体综述摘要对等离子体、平均自由程、德拜长度等一些概念做了详细述说。
主要是分析了各种郎缪尔探针的优劣，及评价探针结构优劣的理论依据，最终得到最优化探针结构。
一、引言1.等离子体“等离子体”其本意是电离状态气体正负电荷大体相等，整体上处于电中性。
是气态下继续加热得到的一个状态。
我们知道，物质的温度实际上是用来描述其内部粒子运动的剧烈程度的，当气体温度很高时，气体的物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样，物质就变成由相互作用并自由运动的电子和正离子组成的混合物。
物质的这种存在状态被称为物质的第四态，即等离子体态。
等离子体中并不是所有的原子都会被离子化：工艺过程中用到的冷等离子体仅仅有1-10%被离子化，余下的气体仍然保持为中性原子或分子。
在更高的温度，例如热核研究，等离子体完全离化。
通常来说，粒子流是处于热平衡的，意味着原子或分子具有麦克斯韦速率分布f(v)=Ae−(12⁄mv2KT⁄)（1）A是标准因子，K是玻尔兹曼常数。
T是温度，它决定了分布宽度。
在等离子体中，离子、电子和中性粒子具有自己的温度：T i，T e，T n。
三种粒子能互相渗透，但不能充分地碰撞从而使三种粒子等温。
这是由于相对于大气压下的气体，等离子体密度非常低。
但是每种粒子能和自己充分碰撞从而获得麦氏分布。
非常热的等离子体可能不是麦氏分布了，这个时候需要“能动理论”解释。
为了方便，表示温度一般用电子电压（eV）。
典型低温等离子体电子温度是1~10eV，1eV=11,600K。
等离子体被普遍认为非常难理解，相对于流体动力学或电磁学来说确实是这样。
等离子体作为带电粒子流，既有粒子间的相互碰撞又会受到电场或磁场的长程力影响。
还有一个原因是，大部分的等离子体相当稀薄和热以至于不能视为连续的流体。
典型低温等离子体密度值是108-1012cm-3。
2.德拜长度和鞘层等离子体是带电粒子流，它以一种复杂的方式满足麦克斯韦方程组。
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表面刻蚀 表面层交联 表面化学修饰 接枝聚合 等离子体聚合涂层 ••••••
湿润性 粘接性 耐磨损性 防水性 抗静电性 生物相容性 光学特性
应用广泛
上世纪80年代以来，通过等离子体聚合方法制得的有 机高分子薄膜与LB（Langmuir-Blodgett）法、电解聚合法 所制得的薄膜一样，因可作为电阻或绝缘膜等电子材料、 光学材料、分离膜材料等功能性膜而十分引人注目
在等离子聚合中，聚合和沉积是无法分割的 在等离子聚合中，
等离子聚合的动力学是与沉积紧密相关的， 等离子聚合的动力学是与沉积紧密相关的，而不 像其它聚合反应的动力学是聚合机理的直接反应
相应地， 相应地 ， 一般等离子体聚合的聚合产 物都沉积在基体表面，形成聚合膜 物都沉积在基体表面，形成聚合膜
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放 电 等 离 子 体 等离子体 电 放电 放电 等离子体
放电 放电 放电
Zhaoqun WANG
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等离子体聚合的实验装置一般由反应部、电源部、 等离子体聚合的实验装置一般由反应部、 电源部、 匹配网 络、真空系统、气体控制系统组成。大体上是将一真空器 （1mmHg）置于高频电场中，电极放在容器中或容器外，向容 ）置于高频电场中，电极放在容器中或容器外， 器中通入单体，在几百至几千伏的电极间气体被等离子化，从 器中通入单体， 在几百至几千伏的电极间气体被等离子化， 而发生聚合反应 生成的聚合物逐渐沉积 基体 于预先放置的基体上
单体M 单体
S 电源 Fig 管式反应器示意图
真空泵P 真空泵
具体的反应器一般有钟罩型和管式两种
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2. 聚合机理及其总体特征
Zhaoqun WANG
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2. 1 聚合过程及特征
等离子体聚合是一般通过辉光放电 辉光放电造成低温等离子状态， 辉光放电 在等离子氛围中使单体解离-再结合，发生聚合，在基板上制得 薄膜
2. 3 聚合产物的沉积
等离子体聚合过程中的另一个重要步骤是聚合产物的沉 在反应器中，任何粒子都会与基体的表面发生碰撞， 积，在反应器中，任何粒子都会与基体的表面发生碰撞，是 否沉积在表面取决于撞击粒子的动能和基体表面温度。 否沉积在表面取决于撞击粒子的动能和基体表面温度。粒子 由于失去一部分动能或由于与表面形成化学键而无法离开基 体表面时，便发生了沉积，与此相反的过程是消融。 体表面时，便发生了沉积，与此相反的过程是消融。
等离子体聚合所产生的聚合物膜具有以下特征
优势
可容易获得无针孔薄膜 通常为 微米以下 无针孔薄膜（ 微米以下） 可容易获得无针孔薄膜（通常为1微米以下） 从理论上讲无论何种有机化合物都可能使之聚合， 从理论上讲无论何种有机化合物都可能使之聚合 ， 制 得具有新的结构 新的结构与物性的聚合物 得具有新的结构与物性的聚合物 可形成三维网状结构，因此具有优良的耐药品性、 优良的耐药品性 可形成三维网状结构 ， 因此具有 优良 的耐药品性 、 耐 热性和机械性能 热性和机械性能 合成工艺清洁 合成工艺清洁 可对各种形状 形状物体进行涂层处理 可对各种形状物体进行涂层处理
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2. 4 聚合产物的组成
如由乙烯为单体进行的等离子体聚合所得的聚合物并非是 聚乙烯，而只能称之为plasma polymerized polyethylene（PPE） 聚乙烯，而只能称之为 （ ） 单体
一般的聚合
乙烯
等离子体聚合
聚乙烯 PE
结构不定的聚合物， 结构不定的聚合物，在其聚 合物中观察到双键、 合物中观察到双键、苯环等
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1. 2 等离子体相关概念 （1）等离子体
随着外界供给物质的能量的增加，物质的状态将发生由固 随着外界供给物质的能量的增加，物质的状态将发生由 固 液体再到气体的转变 再到气体 体到液体再到气体的转变 如进一步给气体以能量， 如进一步给气体以能量， 则气体原子 中的价电子可以脱离原子而成为自由 中的价电子可以脱离原子而成为自由 电子，原子成为正离子 电子，原子成为正离子 电子 正离子 原子 中性粒子 受激原子
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单体在等离子体中变化的情况非常复杂， 单体在等离子体中变化的情况非常复杂，可能有四 种过程可以产生自由基
激发态分子的离解 (R1－R2)* (RH)* 正离子的离解 CH3 CH3 C CH3 CH3
Zhaoqun WANG
R1 • + R2 • R• + H•
不足
等离子体聚合的基本反应极为复杂，聚合机理尚未清楚 等离子体聚合的基本反应极为复杂，聚合机理尚未清楚 聚合膜由于形成三维网状结构， 聚合膜由于形成三维网状结构，其结构十分复杂 若等离子体反应装置不同，则很难得到再现性 再现性的结果 若等离子体反应装置不同，则很难得到再现性的结果 很难做成有一定厚度 厚度的膜 很难做成有一定厚度的膜
PPE
plasma polymerized polyethylene
Zhaoqun WANG 22/37 22/37
表 等离子体聚合中单体元素组成与其聚合物组成的比较
单 体
丙烯腈 丙腈 丙胺 烯丙胺 乙烯 乙炔 乙炔/ 乙炔/氮气 乙炔/ 乙炔/水蒸气 乙炔/氮气/ 水蒸气
Zhaoqun WANG
与传统的聚合方法中的链增长不同
Mm* + M
M*m+1 *
类似连锁聚合 的增长方式
Mm* + Mn *
M*m+n ×N 类似逐步聚合中的 * 多聚体的结合-再 代表同类反应 被激发的循环过程
的多次重复
总体上， 总体上，等离子体聚合中的链增长是一种 快速的逐步增长过程
Zhaoqun WANG 19/37 19/37
高分子化学之
第九章 等离子体聚合
南京大学化学化工学院 高分子科学与工程系
王
Zhaoqun WANG
昭
群
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1. 引 言
Zhaoqun WANG
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1. 1 等离子体在高分子化学上的应用 等离子体的作用 等离子体的作用
利用等离子体中的电子、离子、 利用等离子体中的电子、离子、 自由基及激发态分子等各种活 性粒子使单体聚合的方法
等离子体聚合 聚合 等离子体引发聚合 表面处理
通过适当选择等离子体的气体种类和等离子体 化条件， 化条件，能够对高分子表面层的化学结构或物 理结构进行目的性改性 等离子体的作用仅仅在极浅表面层（ 等离子体的作用仅仅在极浅表面层（<10 nm）而不会对高 ） 分子主体的性质产生本质的影响
Zhaoqun WANG 3/37
单体的元 素组成
聚合物的 元素组成
C2H3N0.6O0.8 C3H3.7O0.4 C3H2.6N0.7O0.5 C3H4.2O0.6 C3H4.4N0.45O0.6
C 3 H4
C 2 H4 O C6H9Si2O C2F4
C2H2.9O0.4 C3.5H10.5Si2O2 C2F3O0.3
正离子与电子 所带电荷相等
混合体
等离子体
表面呈中性
如气体中有较多的原子被电离， 如气体中有较多的原子被电离，则原 来是单一原子的气体变为含有电子、 来是单一原子的气体变为含有电子、 正离子和中性粒子的混合体
Zhaoqun WANG 5/37
粒 子 动 能 液体 固体 气体
等离子体
温度
等离子体的能量最高， 等离子体的能量最高，被看作物质的
电子能量 > 有机化合物的各种键能
实现等离子体聚合的基础
Zhaoqun பைடு நூலகம்ANG 8/37
低温等离子体具有与高分子化学反应 相匹配的能量水平
利用等离子体中的电 离子、 子 、 离子 、 自由基及 激发态分子等各种活 性粒子使单体聚合
等离子体聚合
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（2）装置
等离子体主要通过很多种放电的方法产生
聚合过程
与传统完全不同
复杂
在等离子体聚合中， 在等离子体聚合中 ， 同时发生的基元 反应很多， 这是由于辉光放电时， 反应很多 ， 这是由于辉光放电时 ， 电 子能量状态的差别很大， 子能量状态的差别很大 ， 存在一个电 子能量分布和电子密度分布， 子能量分布和电子密度分布 ， 因而引 起的反应类型也不相同， 起的反应类型也不相同 ， 由此构成了 聚合机理的复杂性 辉光放电时的电子状态还受反应器的 几何结构、 几何结构 、 放电方式等众多因素的影 从而加剧了聚合机理的复杂性 响，从而加剧了聚合机理的复杂性
单体的 元素组 成 C 3 H3 N C 3 H5 N C 3 H9 N C 3 H6 N C 2 H4 C 2 H2
聚合物的 元素组成