低温等离子体对材料的表面改性
低温等离子体技术在材料表面改性中的应用
低温等离子体技术在材料表面改性中的应用随着科技的不断进步，材料表面改性技术在材料科学和工程领域日益受到重视。
其中，低温等离子体技术作为一种有效的材料表面改性工具，在提高材料性能、增加材料多功能性方面发挥着重要作用。
低温等离子体技术是利用非平衡等离子体来对材料表面进行改性的一种方法。
与传统的高温等离子体技术相比，低温等离子体技术具有能耗低、处理速度快、不会造成材料结构变化等优势，因此在材料表面改性中得到广泛应用。
首先，低温等离子体技术可通过对材料表面的清洗和活化来增加材料的粘附性和润湿性。
等离子体源中的活性基团和活性物种能够清除材料表面的有机物、氧化物等污染物，从而提高材料表面的纯净度。
同时，等离子体源中的活性基团还能够使材料表面产生化学键，增加材料表面与涂层或粘合剂之间的相互作用力，进而提高材料粘附性和润湿性。
其次，低温等离子体技术可用于提高材料的硬度和耐磨性。
通过在材料表面形成硬质薄膜，低温等离子体技术能够有效提高材料的硬度和耐磨性。
例如，用含有氮、碳或硅等原子的等离子体源处理金属材料表面，可以在材料表面形成金属氮化物、碳化物或硅化物薄膜，从而显著提高材料硬度和耐磨性。
此外，低温等离子体技术还能够改善材料的耐腐蚀性能。
等离子体源中的活性基团和活性物种能够与材料表面发生化学反应，形成防护层，从而减少材料与腐蚀介质的直接接触。
通过选择合适的等离子体源和处理条件，可以在材料表面形成致密、均匀的氧化膜或氟碳膜等，提高材料的耐腐蚀性能。
此外，低温等离子体技术还可用于改善材料的光学性能和电子性能。
通过在材料表面形成各种功能性纳米结构，低温等离子体技术可以调控材料的光学吸收、反射和透过性能。
例如，通过在聚合物薄膜表面形成纳米柱阵列，可以实现超黑色材料或光传感器。
此外，低温等离子体技术还可以在材料表面形成导电薄膜，提高材料的导电性能，用于制备电子器件和光电器件。
在实际应用方面，低温等离子体技术已经在材料领域取得了一定的突破。
等离子体表面改性技术(报告)
等离子体表面改性技术……吴师妹整理I前沿材料表面处理技术是U前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。
科学技术和现代工业的发展，对摩擦、磨损、腐蚀和光学性能优异的先进材料的需要日益增长，这导致了整个材料表面改性技术的发展与进步，其中等离子体表面改性技术发挥了重要作用。
等离子表面处理因其性能的优势和低廉的成本已成为材料科学领域最活跃的研究方向之一。
2等离子体表面改性的原理等离子体是一种物质能量较拓的聚集状态，它的能量范用比气态、液态、固态物质都高，被称为物质的笫四态，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化序过程。
一些粒子还会注入到材料表面引起碰撞.散射、激发、重排、异构、缺陷、晶化及非晶化，从而改变材料的表面性能。
3等离子体表面改性技术的种类根据温度不同，等离子体可分为拓温等离子体和低温等离子体（包括热等离子体和冷等离子体）。
高温等离子体的温度高达10&K〜10吆，在太阳表面、核聚变和激光聚变中获得。
. 丘/体一般为稠离子体，冷等离子体一般为稀薄等离子体。
在材料表面改性技术中，溅射、离子镀、离子注入、等离子化学热处理丄艺应用的是在低压条件下放电产生的低压（冷）等离子体，而等离r 喷涂、等离r淬火及多元共渗相•化、等离子熔覆価冶金等工艺中应用的是低温等离子体中的稠密热等离子体，通常指压缩电弧等离子束流。
3.1低压（冷）等离子体表面处理技术近年来，低压等离子体在表面镀膜、表面改性及表面聚合方面发挥着越来越重要的作用。
3.1.1溅射和离子镀溅射镀膜是基于离子轰击靶材时的溅射效应，采用的最简单装置是直流二极溅射，其它类型的溅射设备有射频溅射磁控溅射、离子束溅射等，其中磁控溅射山于沉积速率高，是U前工业生产应用最多的一种。
氧气低温等离子体对PBO纤维的表面改性
１ １ 原 料 ．
Ｐ Ｏ纤维 ： 号 为 Ｚ Ｌ Ｎ Ａ （ 通 型 ）日本 Ｂ 牌 ＹＯ Ｓ普 东 洋纺公 司产 ； Ｐ Ｓ８ ８环 氧树 脂 ： 国 Ｓ ｅｌ Ｅ Ｏ ２ 英 ｈ ｌ公 司产 ； ５ Ｘ ６ ０固化剂 （ 聚酰 胺 ６ ０ ： ５ ） 湖南 湘 潭 化 工
『 ： 用江 苏 太仓 实验 仪 器 厂 纤 维 电子 强 采
力仪 Ｙ Ｏ ． Ｇ ０ Ａ测 量 Ｐ Ｏ纤 维 的单 丝 强 度 （ ） １ Ｂ 以
及 Ｐ Ｏ纤 维 与环 氧树脂 的 ７ 。 Ｂ －
作 者进 一步 探讨 了反 应性气 体 氧气低 温 等离子 体
改性 过 程 中 的工 艺 条 件 对 Ｐ Ｏ 纤 维 与环 氧 树 脂 Ｂ
燥 固化 ， 根据 实验 要求进 行 裁切 ， 中单 纤维 埋 并 其 入树 脂 的深度 控制在 １ａｍ。 ｉ
１ ４ 分析 测试 ．
脂 基体 的 界 面 剪 切 强 度 （ ㈣ ） 成 为 Ｐ Ｏ纤 维 ， Ｂ
作 为树 脂基 复 合 材 料 增 强 材 料 的 关 键 问 题 。 。 本课题 组在 前期 的工 作 中着重 研究 了非 反应性 气 体氩气 低 温等离 子对 Ｐ Ｏ纤维 的表 面 改性 Ｂ 。
的 丁 的影 响 。
１ 实验
接触 角 ： 用德 国 ｄｔ ｈ ｓ ｓ公 司 的 Ｏ Ａ ５ 采 ａ ｐ ｙｉ ａ ｃ Ｃ １ 视 频 光学 接 触 角 测 量 仪及 其 相关 软件 （ 圆法 ） 椭 测得处 理前 后 Ｐ Ｏ纤 维 与水 的接触 角 。 Ｂ 扫描 电镜分 析 （ Ｅ ： 用 德 国 Ｌ Ｏ公 司 的 Ｓ Ｍ） 采 Ｅ １３ Ｖ ５ ０ Ｐ型扫描 电子 显微 镜对 改性 前后 Ｐ Ｏ纤 维 Ｂ
低温等离子体技术在纳米材料制备中的应用研究
低温等离子体技术在纳米材料制备中的应用研究近年来，纳米材料的制备技术越来越受到人们的关注。
纳米材料具有许多优异的性能，比如高强度、高硬度、优异的导电性和磁性等，因此广泛应用于各个领域，如催化、传感、生物医学和电子器件等。
然而，纳米材料的制备过程往往需要精密的控制，以确保其尺寸和形状的一致性。
因此，低温等离子体技术逐渐成为了纳米材料制备的热门研究方向。
低温等离子体，简称LTP，是指在低于常温的条件下产生的一种等离子体。
LTP具有许多独特的特点，如低能耗、可控性强、较长寿命等。
这些特点使得LTP在纳米材料制备方面拥有广泛的应用前景。
下面我们将重点介绍LTP在纳米材料制备中的应用研究。
一、LTP在纳米材料合成方面的应用纳米材料的制备是一种精密的化学反应过程，需要控制溶液中各种反应离子和化学物质的浓度，以便获得期望的纳米材料。
传统的纳米材料合成方法往往需要高温、高压和有毒有害的化学物质，这些制约着纳米材料的应用发展。
LTP则能够在较低的反应温度下合成高质量的纳米材料，从而避免了上述问题。
例如，有研究人员利用LTP成功合成了氧化锌纳米线。
在等离子体的作用下，溶液中的Zn离子得以还原形成Zn原子，进而与O2形成氧化锌纳米线。
LTP合成纳米线的方法显示出了明显的优势，比如反应温度低、形貌控制能力强、成本低廉等，所得到的物质还具有优异的性能，如高比表面积、优异的光学和电学性质等。
此外，还有研究人员利用LTP合成了铜纳米线、氧化铁纳米颗粒、氧化钛纳米晶等纳米材料。
二、LTP在表面改性方面的应用纳米材料的表面性质对其性能起决定性作用。
因此，在纳米材料制备过程中，表面修饰成为一个重要的研究方向。
LTP可以对纳米材料表面进行精细的修饰，从而调控其表面化学性质和电学性质。
例如，在LTP作用下，银离子得以还原并在纳米颗粒表面形成均匀的银膜，从而使得纳米颗粒的电学性能得到显著提升。
同样，LTP在气体状态下可以清洁各种表面，从而去掉表面污染物，提高表面纯度。
等离子体技术在材料表面改性方面的研究进展
等离子体技术在材料表面改性方面的研究进展随着科技的不断发展，等离子体技术也被越来越多的人关注和应用。
等离子体技术广泛应用于化学、材料、医学等领域，并在这些领域取得了很好的成效。
其中，在材料表面改性领域，等离子体技术更是发挥了巨大的作用。
一、等离子体技术在材料表面改性中的应用材料的表面特性往往决定了其使用性能和使用寿命。
而等离子体技术通过对材料表面进行化学反应、物理作用和生物功能的改变，从而增强了材料表面的功能和性能。
以下是等离子体技术在材料表面改性领域的主要应用：(1) 表面清洁和改性等离子体喷涂，常用于金属材料表面的清洁和改性。
喷涂等离子体可以清洁金属表面上的油污、水气、铁锈和氧化物等污染物，也可以修复表面的缺陷、增加表面耐磨性和耐腐蚀性。
(2) 表面涂层和改性等离子体表面涂层是等离子体技术中另一个应用广泛的领域。
比如，等离子体氧化可以提高金属表面的高温氧化能力。
在等离子体氮化和碳化过程中，靶材表面会生成氮化物和碳化物层，从而增加其在高温和高应力环境下的稳定性和耐磨性。
等离子体聚合可以引入新的化学官能团，从而在表面层产生新的化学和物理特性。
(3) 表面改性和生物附着性等离子体技术在一些医学设备和生物医学工程领域也被广泛使用，例如植入材料中，等离子体技术可以为其表面引入特定的化学成份，由于不同的化学组合以及物理特性，使得表面可以达到不同的生物相容性和生物附着性。
二、材料表面改性中等离子体技术的主要优势等离子体技术在材料表面改性领域的应用还有许多优势。
(1) 高效、环保、节能等离子体技术是一种高能量、高产量、高效率的技术手段。
通过等离子体特有的物理和化学特性改变材料表面，比传统方法更加环保、能耗更少且包括处理时间在内工期也比其他生产方法明显缩短。
(2) 处理质量好、效果稳定等离子体技术可以实现对材料表面的高精度处理，并且具有很好的可重现性和可控制性。
因此，等离子体技术的改性效果很稳定、效率很高，可以有效的提高材料表面的性能和使用寿命。
等离子体高分子材料表面改性技术及应用
等离子体高分子材料表面改性技术及应用摘要：等离子体技术具有工艺简单、操作方便、加工速度快等优点，不但能改善特定环境下高分子材料的使用性能，也拓宽了常规高分子材料的适用范围。
因此，等离子体技术在高分子材料表面改性方面的应用广泛。
本文首先介绍等离子体表面改性技术内容，进一步探讨其在市场中的应用，希望可以更好的提高该技术在市场中应用的效果，进一步促进行业的长久发展。
关键词：等离子体；高分子材料；表面改性；技术；应用引言高分子材料作为新兴材料的重要组成部分，目前被应用在多个方面，比如农业生产、工业生产以及航空航天、生物医药等领域。
等离子体高分子材料表面改性技术在保持高分子材料原有性能的前提下，可使材料表面产生一系列物理、化学变化，从而提高材料的表面性能，从而达到一定功能和用途的目的。
本文将首先论述等离子体高分子材料表面改性技术的内容，进一步探讨其在我国市场方面的应用。
一、等离子体高分子材料的表面改性技术运用等离子体技术改变高分子材料的表面性能的方法主要有三类：等离子体处理、等离子体聚合和等离子体接枝。
高分子聚合物具有分子可设计性，通过等离子体表面改性作用可以在表面引入不同的基团来改善其性能，如亲水性、疏水性、润湿性、黏结性、引入具有生物活性的分子或生物酶，提高其生物相容性等。
（一）等离子体处理表面改性等离子体处理是在利用外加电压的条件下将惰性气体NH 3、O 2、CO、Ar、N 2、H 2 等进行分子击穿，并将COOH、CO、OH、NH 2 等基团、离子及原子引入材料表面，或者在材料表面上直接产生自由基的技术方法。
新引入和新产生的自由基也可以通过化学键合方式与材料表面的一些分子相连接上，使得高分子材料获得新的表面性能。
等离子体处理能够改善高分子材料的表面性能，包括染色性、湿润性、印刷性、粘合性、防静电性、表面固化、亲水性与生物相容性及其他特性。
（二）等离子体聚合表面改性等离子体聚合是指利用等离子体中的电子、离子、自由基、光子及激发态分子等活性粒子使单体直接聚合的方法，如辉光放电产生等离子体的过程中，其电子拥有的平均能量为 1-10eV，相当于 104 -l0 5 K 的电子温度，而远比体系其他组成温度高。
低温等离子体技术在材料制备中的研究与应用
低温等离子体技术在材料制备中的研究与应用近年来，低温等离子体技术在材料制备中得到了广泛的研究和应用。
该技术可以通过控制等离子体的环境和参数，实现对材料的表面处理、纳米材料制备、材料改性等方面的工作。
在实际应用中，低温等离子体技术具有很大的优势，比如可以对材料进行高效、环保的处理，能够大幅提升材料的性能和质量。
一、低温等离子体技术的基础概念和应用低温等离子体是指在低压和低温条件下，电子和原子、分子之间发生碰撞和相互作用，形成带正或负电荷的粒子的状态。
这一状态被称为等离子体，具有高度的活性、能量和反应性。
在低温等离子体技术中，主要采用了平板放电、射频放电、微波放电等方式，被加工物件置于等离子体环境中，可以实现对材料表面、内部结构的处理。
目前，这一技术已广泛应用于材料制备、表面改性、微纳制备等领域。
二、低温等离子体技术在材料制备中的应用1. 材料表面处理低温等离子体技术可以对材料表面进行化学反应处理、表面纳米结构构建、表面覆膜等工作。
通过将材料置于等离子体中，可以使其表面活性基团增多，改变其表面性质，提升其表面耐磨性、耐腐蚀性等性能。
此外，低温等离子体技术还可以利用缺陷诱导（porous template）的原理，构建纳米结构阵列，提升材料的特定性能。
2. 纳米材料制备通过等离子体化学气相沉积（PECVD）等方式，可以制备出具有特定结构的无机纳米材料，如碳纳米管、氧化物纳米颗粒等。
利用这一技术，可以调控纳米材料的形貌、尺寸和性能，进一步应用于催化、能源、光电等领域。
3. 材料改性通过低温等离子体处理，可以在材料中注入不同的离子，实现对材料物理性质、光学性质的改性。
比如，在聚合物材料表面进行低温等离子体氧化反应，可以使其表面羟基比表面碳酸基增多，从而提升其亲水性；还可以通过低温等离子体注入金属原子，实现材料的导电性能的提升等。
三、结论低温等离子体技术在材料制备中的研究和应用具有广泛的前景。
通过对等离子体的环境和参数的控制和调节，可以实现对材料的表面处理、纳米材料制备和材料改性等方面的工作，进一步提升材料的性能和质量。
低温等离子体技术在材料表面改性中的应用
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电工材料 ２０ ｏ ３ ０８Ｎ ．
低温 等离 子 体 技 术 在 材料 表 面 改 性 中 的应 用
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低温等离子体技术在材料表面改性中的应用
低温等离子体技术在材料表面改性中的应用引言修饰材料的表面，能够显著提高材料的性能和性质，依托于这一理念，低温等离子体技术应运而生，成为表面修饰的一种重要手段。
与传统的化学方法相比，低温等离子体技术具有绿色环保、高效便捷、非接触性等优点，被广泛应用于材料的改性领域。
本文将详细介绍低温等离子体技术在材料表面改性中的应用。
第一节：低温等离子体技术的基本原理低温等离子体技术是指在室温及其附近，通过将气体加电离，使其形成等离子态，进而实现对材料表面的改性。
低温等离子体的电离过程主要可以通过射频电场、微波电场、直流电场、电子束、离子束等方式实现。
这些电场能够将材料表面产生的等离子体束加以控制，使得材料表面分子重新排列，表面结构组成发生改变，从而实现对其性质和性能的调控。
第二节：低温等离子体技术与材料表面改性1. 表面涂层低温等离子体技术可用于制备不同性质和组成的涂层，通过气体放电产生的等离子体反应，使得各种材料表面能够接受不同的功能性或保护性涂层。
例如，利用气体氧化反应，可以在金属表面形成氧化层，提高其防腐蚀性质；而将气体和有机化合物结合，可以制备具有防水性、防腐性及耐磨性的表面涂层。
2. 表面附着能强化低温等离子体技术可以通过将材料表面暴露于某些刻蚀气体或特定的化学物质处理，使其表面产生一定程度的不同化学性质，从而进一步增强表面的附着力。
利用特定的化学处理方法，可以制备出最大程度强化表面附着力的表面结构。
3. 表面能量调控通过引入高能粒子或光子，可以使得表面产生介电影响，从而实现表面的能量峰位调控，更改表面的化学性质、形态和结构等，进而调控材料的性能。
利用此方法，可以制备出高抗磨损、高阻抗的表面结构。
4. 硬质膜制备低温等离子体技术可以通过气相反应，在材料表面形成新的结构，例如通过氮化反应在表面制备硬质膜。
硬质膜具有极高的硬度、耐磨损性及化学稳定性，被广泛应用于制造及保护功能性材料。
第三节：低温等离子体技术在实际应用中的局限低温等离子体技术虽然具有非接触性、绿色环保的优点，并且能够精密控制材料表面结构，但在实际应用中仍然存在一些局限性。
低压大气等离子表面处理
低压大气等离子表面处理一、介绍低压大气等离子表面处理技术低压大气等离子表面处理技术是一种利用低温等离子体对材料表面进行改性的技术。
它具有非接触、无污染、高效率、易于控制等优点，被广泛应用于材料表面改性、清洗、涂覆、附着力增强等领域。
二、低压大气等离子表面处理技术的原理低压大气等离子表面处理技术是通过将气体放电产生的等离子体与材料表面相互作用，从而改变材料表面化学成分和物理结构的一种方法。
当气体放电时，会产生大量的自由电子和正负离子，这些带电粒子在外加电场作用下形成了一个高度活跃的等离子体。
这个等离子体可以通过调整工艺参数来控制其密度和能量，从而实现对材料表面进行定向改性。
三、低压大气等离子表面处理技术的应用领域1. 材料清洗：利用低压大气等离子体对材料表面进行清洗，可以去除表面的有机污染物和氧化层等，从而提高材料的表面质量。
2. 表面涂覆：利用低压大气等离子体对材料表面进行改性，可以增强其表面活性，提高涂层的附着力和耐腐蚀性。
3. 附着力增强：利用低压大气等离子体对材料表面进行改性，可以增强其表面活性，从而提高各种涂层、胶水和粘合剂等的附着力。
4. 生物医疗：利用低压大气等离子体对生物材料进行改性，可以使其表面具有抗菌、抗炎和生物相容性等特性。
5. 纳米材料制备：利用低压大气等离子体对纳米材料进行制备和修饰，可以控制其形貌、结构和功能。
四、低压大气等离子表面处理技术的工艺参数1. 气体种类：常见的气体包括氮气、氧气、空气、氩气等。
2. 放电功率：放电功率越高，则产生的等离子体密度和能量越大。
3. 处理时间：处理时间越长，则对材料表面的改性效果越明显。
4. 处理距离：处理距离越近，则对材料表面的改性效果越强。
5. 气体流量：气体流量越大，则等离子体密度越高，但也会增加能量损失和气体浪费。
五、低压大气等离子表面处理技术的优缺点1. 优点：（1）非接触式处理，无需机械接触，不会损伤材料表面；（2）无污染，不会产生废水、废气和废渣；（3）高效率，可以快速完成对材料表面的改性；（4）易于控制，可以通过调整工艺参数来控制等离子体密度和能量；（5）适用于各种类型的材料表面处理。
低温等离子体对PBO纤维表面的改性
１ １ 原料 和仪器 ．
Ｂ 一１拍摄等离子体处理前后 Ｐ Ｏ纤维对水的 Ｘ５ ， Ｂ
接 触角 ， 每个 试 样 取 ２ ０张照 片 ， 算 出纤 维 对 水 计
的界面接 触 角 （０） 表征 Ｐ Ｏ纤维 经改 性后 浸润 ， Ｂ 性 的变 化 。
硅烷偶联剂处理 Ｐ Ｏ纤维 ， Ｂ 再进行等离子体处理 的方法 ， 旨在 提 高 Ｐ Ｏ纤 维 表 面 官 能 团 的数 量 ， Ｂ
从 而提 高与环 氧树 脂 的界面 粘接性 能 。
１ 实验
表面元 素 分 析 ： 用 美 国 Ｎｃｌ 公 司 Ｎ ｘｓ 采 ｉ ｅ ｏｔ ｅｕ ６０型傅 立 叶变 换 红外 光 谱 仪 （ ＴＲ） Ｋ ｒ 片 ７ ＦＩ （ Ｂ 压 法 ） 定纤维 表 面官 能 团的变化 。 测
２ 结果 与讨 论
Ｐ Ｏ纤 维 ：日本 东 洋 纺 公 司 产 ； 氧 树 脂 Ｂ 环 （５ ） Ｅ １ 和胺 类 固化剂 ： 星集 团无 锡 树脂 厂 产 ； 蓝 硅
烷偶 联剂 ： 北京化 学试 剂公 司产 。
１ ２ Ｐ Ｏ 纤维 的表面 处理 ． Ｂ
将 Ｐ Ｏ纤维 依 次 在 无 水 乙醇 和 丙酮 中 浸 泡 Ｂ
引入 了大 量羟基 。
收 稿 日期 ： ０ ８ ０ －１ 修 改稿 收 到 日期 ：０ ８１ ， ７ ２ ０ ． ３３ ； ２ ０ ．０ ０ 。 作 者 简 介 ：岳淼 （ ９４ ） 男 ， 士生 。研 究 方 向 为 高 分 子 １８一 ， 硕 材 料 的开 发 。
理箱内， 以氩 气 为处 理 气 氛 ， 制 处 理 时 间 、 体 控 气 通入量 及处 理功率 ， 对纤 维 表面进 行改 性处 理 。
等离子体技术在材料表面改性中的应用研究
等离子体技术在材料表面改性中的应用研究随着人们对材料特性的要求越来越高，材料表面改性技术也越来越受到关注。
而等离子体技术作为一种高效、可控、环保的表面改性方法，近年来受到了广泛关注，并在材料表面改性中得到了广泛应用。
一、等离子体技术概述等离子体（plasma）是一种带电粒子和自由电子的气体状态，具有高能量和高反应活性。
等离子体技术是指利用等离子体对材料表面进行离子轰击、表面化学反应、离子注入等处理，从而改变材料表面特性的方法。
二、等离子体技术在材料表面改性中的应用2.1 表面清洗材料表面清洗是材料表面改性前必要的一步。
等离子体技术可用于表面清洗，其离子轰击能够有效地去除表面杂质和氧化物，提高表面纯度和清洁度。
2.2 表面硬化利用等离子体处理能够使材料表面硬度增加几倍甚至几十倍，提高材料的耐磨性和耐蚀性。
这是因为等离子体处理过程中产生的活性粒子高速撞击材料表面，使其表面发生塑性变形和冷变形，形成了高密度的晶界，进而提高了材料表面的硬度和强度。
2.3 表面涂层等离子体技术还可以应用于表面涂层。
利用等离子体处理可以改善物质的表面亲和力和等离子体处理过程中产生的活性粒子可用于表面化学反应，使得表面涂层更加牢固耐用。
2.4 表面改性等离子体技术还可用于材料表面的化学修饰，例如通过等离子体轰击和离子注入等方式，使得表面分子结构或化学结构发生变化，从而改变表面的性质和功能。
三、等离子体技术的优点和不足3.1 优点(1) 高效：等离子体技术处理速度快，一个相对较小的样品可以在几秒钟内得到处理；(2) 可控性强：可以调节等离子体的电场、功率、成分等参数，控制等离子体处理的深度、速度和质量；(3) 环保：等离子体技术不需要使用有机溶剂和腐蚀性酸碱等物质，对环境的污染小，有助于环保。
3.2 不足(1) 昂贵：等离子体处理设备的购买和维护成本较高；(2) 设备复杂性高：等离子体处理设备需要高压电源和气体供应等支持，对处理条件有较高的要求，操作难度较大。
低温等离子体技术在材料表面改性中的应用探究
低温等离子体技术在材料表面改性中的应用探究随着工业发展的不断推进，对材料表面性质的要求也越来越高。
不同的材料表面性质对品质和功能的影响不同，因此需要使用不同的表面改性技术来满足不同的需求。
低温等离子体技术是一种有效的表面改性方法，已经在各种领域得到了广泛应用。
一、低温等离子体技术的原理低温等离子体是指气体中处于电离状态的分子和原子。
在常压下，气体中的电离分子数量很少，随着气体压力的降低，电离分子的数量会增加。
当压力降低到一定程度时，电离分子的数量会达到临界值，形成一个较高浓度的等离子体。
这个等离子体其实就是由离子和电子组成的等电荷体系，可以用来在材料表面进行改性处理。
二、低温等离子体技术的应用1. 表面清洗通过低温等离子体技术，可以清洗各种材料的表面，将杂质和污染物等物质清除干净。
常见的表面清洗方法包括酸洗、碱洗、溶剂清洗等，这些方法在处理一些复杂表面的材料时很难取得理想的效果。
而低温等离子体技术可以解决这个问题，它可以清洗各种复杂形状和结构的材料表面，同时也可以去除表面的氧化皮和附着物。
2. 表面改性在低温等离子体技术中，等离子体对材料表面进行了化学反应和物理接触，可以改变表面的化学性质和形态结构。
通过不同的等离子体处理方式，可以得到各种不同的改性效果，例如增加表面粗糙度、改变表面能、提高表面密度等。
3. 表面涂层低温等离子体技术还可以用于表面涂层，这种涂层是利用等离子体对材料表面进行化学反应而形成的。
由于低温等离子体技术的处理温度非常低，所以可以在各种材料表面上制备出高质量的涂层。
这种涂层可以用来保护材料表面、改变材料表面的化学性质和光学性质等。
三、低温等离子体技术在材料表面改性中的优势1. 可控性好低温等离子体技术可以通过调整等离子体的组成和处理条件来控制表面处理的效果。
例如调整气体成分、气体压力和处理时间等参数，可以得到不同的表面处理效果。
这种方法可以满足不同的表面处理需求。
2. 处理时间短低温等离子体技术处理时间短，通常只需要几分钟到几小时即可完成。
低温等离子体对山羊绒表面改性的研究
低温 等离子体 表面 改性是 一项 高新技 术 ， 我
层 。羊 绒鳞 片层 结 构 的致 密 性 使 得 染 料 在 染 色
过 程 中很 难 通过鳞 片层 进 入纤 维 内部 ， 以常 规染 所
国 已将 该 技 术 纳 入 国 家 高 新 技 术 发 展 计 划 ， 是 但
西 方 国家 已 经 进 入 工 业 化 生 产 阶段 ， 得 了 一 定 取
理 的纤 维上 染百 分率 明显 提高 。上染 百分率 随处理
时 间增 加而 提高 ， 当上染 百 分 率 提 高 到一 定 程 度 时
２ 结 果 与 讨 论
２ １ 强 伸 性 能 测试 ．
低 温等 离子 体处 理 山羊绒 纤 维 的 强伸 性 如 表 １ 所示 。由表 １ 以看 出 ， 可 随着处 理 时 间的增加 ， 纤 其 维 的拉 伸强度 呈 下 降趋势 ， 这种 下 降 的趋 势很 缓慢 ，
红 Ｂ １ｇ Ｌ的质 量 浓 度配 置 染 液 ， 比 １ ５ 。将低 ／ 浴 ：０
温等 离子 体处 理 后 的山羊绒 纤维 放 人配好 的染液 中
染 色 ， 色工 艺 曲线如 图 １所示 。 染
９ｇ
（） 理 ２ｒｉ Ｃ处 ａｎ
（） 理 ３ ｉ ｄ处 ａ ｒｎ
图 １ 山羊 绒 染 色 工 艺 曲线
时 间的 增 加 ， 纤维 的拉 伸强 度呈 缓 慢 的下 降趋 势 ； 处 理 时 间 增 加 ， 维 表 面 的 凹 凸 增 多 ， 片 破 损 增 加 ， 时 ， 其 随 纤 鳞 同
上 染 百 分 率 随处 理 时 间变 长 而 有 显 著 提 高 ， 上 染 百 分 率 提 高 到 一 定 程 度 时 不 再 提 高 ， 略 有 下 降 趋 势 。此 实 验 当 而 可 为产 业 的技 术 进 步 提 供 一 定 的理 论 依 据 。 关 键 词 ： 离 子 体 ；断裂 强 力 ； 染 百 分 率 ；山羊 绒 等 上 中 图 分 类 号 ：Ｓ９ ．６ Ｔ １ ５５ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３１５ （０ ２ Ｏ －０６０ １０ — ６ ２ １ ）１０ ３ －３ ４
低温等离子体 处理技术
低温等离子体处理技术低温等离子体处理技术是一种利用低温等离子体对物质进行处理和改变的技术。
低温等离子体是一种高能量的电离气体，由电子和离子组成，温度通常在1000K以下。
这种处理技术在许多领域都有广泛的应用，如材料科学、化学工程、环境科学等。
低温等离子体处理技术的优势在于其能够实现非热平衡条件下的反应，具有较高的能量转化效率和较低的能量消耗。
同时，低温等离子体处理技术对材料的表面和界面具有很强的选择性，可以实现对材料的精确控制和改良。
这种技术还具有高效、快速和环境友好等特点。
在材料科学领域，低温等离子体处理技术被广泛应用于表面处理和涂层制备。
通过将材料暴露在低温等离子体中，可以实现对材料表面的清洗、改性和功能化。
例如，通过在低温等离子体中氮化处理，可以在材料表面形成氮化物薄膜，提高材料的硬度、耐腐蚀性和摩擦性能。
此外，低温等离子体处理技术还可以用于制备功能性涂层，如防反射涂层、防腐蚀涂层和生物医用涂层等。
在化学工程领域，低温等离子体处理技术被应用于气体处理和催化反应。
低温等离子体可以通过电离和激发气体分子，促进气体反应的进行。
例如，通过在低温等离子体中对废气进行处理，可以实现废气的净化和回收利用。
此外，低温等离子体还可以用于催化反应，如氧化、还原和聚合等。
这种技术具有反应速度快、选择性高和废物产生少的优势。
在环境科学领域，低温等离子体处理技术被应用于水和废水处理。
通过在低温等离子体中电离水分子，可以产生大量的活性氧和氧化剂，对水中的有机污染物进行降解和去除。
此外，低温等离子体处理技术还可以用于废水中重金属离子的去除和废水的回收利用。
这种技术具有高效、无二次污染和适应性强的特点。
除了以上领域，低温等离子体处理技术还在其他领域有广泛的应用。
例如，在生物医学领域，低温等离子体处理技术可以用于细胞的灭活和消毒。
在能源领域，低温等离子体处理技术可以用于燃料电池的制备和改善。
在电子工程领域，低温等离子体处理技术可以用于半导体器件的制备和改良。
低温等离子体技术的应用
低温等离子体技术的应用
等离子体是一种即将离子化的气体，由正离子、负离子和自由电子组成。
低温
等离子体是指在相对较低的温度下产生的等离子体，通常处于室温以下并且能够进行控制。
低温等离子体技术在多个领域具有重要应用，下面将详细探讨其在材料加工、环境治理和医学方面的应用。
材料加工领域
低温等离子体技术被广泛应用于材料表面处理和薄膜沉积等领域。
通过在低温
下激活气体产生的等离子体，可以使材料表面发生化学反应或物理改变，从而改善材料的性能。
例如，在平板显示器制造中，低温等离子体可以用来清洁玻璃基板表面，提高薄膜均匀性；在半导体制造中，低温等离子体还可以用于刻蚀和离子注入，实现微米级器件的加工和制备。
环境治理领域
低温等离子体技术在环境治理领域具有潜在应用前景。
通过低温等离子体技术，可以将废气中的有害气体转化为无害物质，从而净化大气。
与传统的高温焚烧技术相比，低温等离子体技术能够更加节能环保地处理废气，同时减少二次污染的风险。
因此，在工业废气处理和环境保护方面，低温等离子体技术具有重要的应用潜力。
医学领域
在医学领域，低温等离子体技术被应用于医疗器械的表面改性和细胞治疗等方面。
通过将等离子体技术应用于医疗器械表面处理，可以有效改善器械的生物相容性和抗菌性能，降低感染风险；而在细胞治疗方面，低温等离子体可以被用来促进细胞增殖和凋亡，为组织工程和再生医学提供新的技术手段。
综上所述，低温等离子体技术在材料加工、环境治理和医学领域具有重要的应
用前景。
随着科学技术的不断发展和创新，低温等离子体技术将会在更多领域展现其强大的应用价值，为人类社会的可持续发展做出更大贡献。
低温等离子体对材料的表面改性
低温等离子体对材料的表面改性张 波冷等离子体对材料的表面改性,通过放电等离子体来优化材料的表面结构,是一种非常先进的材料表面改性方法。
冷等离子体的特殊性能可以对金属、半导体、高分子等材料进行表面改性,该技术已广泛应用于电子、机械、纺织等工程领域。
等离子体是“物质的第四态”,它是由许多可流动的带电粒子组成的体系。
等离子体的状态主要取决于它的化学成分、粒子密度和粒子温度等物理化学参量,其中粒子的密度和温度是等离子体的两个最基本参量。
实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要由电子、离子、中性粒子或粒子团组成。
描述等离子体的密度参数和温度参数主要有:电子温度T e、电子密度n e、离子温度T i、离子密度n i、中性粒子温度T g、中性粒子密度n g。
在一般情况下,等离子体呈现宏观电中性,当等离子体处在平衡状态时,n e≈n i=n g。
可以用物理参量电离度η=n e/ (n e+n g)来描述等离子体的电离程度,低气压放电产生的等离子体是弱电离的等离子体(ην1),η=1时,为完全电离等离子体。
等离子体按照其组成粒子的能量大小及热力学性质,可分为高温等离子体和低温等离子体。
高温等离子体中带电粒子的温度可达到绝对温度几千万度到上亿度,如太阳上的核聚变及地球上的热核聚变反应等。
低温等离子体又分为热等离子体(热力学平衡)和冷等离子体(非热力学平衡),其中热等离子体中粒子的能量特别高,通常用于需要高温作业的领域,如磁流体发电,等离子体焊接、切割,等离子体冶炼,等离子体喷涂,等离子体制备超细粉等。
实验室中采用低气压放电产生的等离子体,电子温度T e约为1～10eV(1eV=11600K),而离子温度T i只有数百开尔文,基本上等于中性粒子的温度,所以这种等离子体称为冷等离子体。
正因为冷等离子体的宏观温度与室温相差无几,所以有着重要应用价值,如用于材料的表面改性以及光源等。
对于冷等离子体对高分子材料表面改性的作用机理,一般认为冷等离子体中含有大量电子、离子,激发态的分子和原子、自由基及紫外光等活性粒子,这些粒子的能量大多在0～20eV之间,而高分子材料大多是由C、H、O、N四种元素组成,这些分子之间的键能也多在l～10eV之间,如C-H(413eV)、C-N(219eV)、C-C(314eV)、C=C(61leV)等,恰恰在等离子体的能量作用范围之内,因而等离子体对高分子材料表面改性十分有效,可改变其表面的化学组分和化学结构。
低温等离子体技术的使用方法
低温等离子体技术的使用方法低温等离子体技术是一项先进的材料处理技术，广泛应用于多个领域，如半导体制造、医疗领域和环境治理等。
它是通过产生低温等离子体来改变所处理材料的表面特性和化学组成。
本文将介绍低温等离子体技术的使用方法和其在不同领域的应用。
首先，低温等离子体的产生是通过施加电场或射频辐射来激发气体分子，使其形成电离态的状态。
这种激发的气体分子产生的等离子体能够与材料表面发生化学反应或物理作用，从而改变其性能。
在产生低温等离子体时，常用的气体有氧气、氮气和氩气等。
具体的使用方法根据不同的应用领域而有所不同。
在半导体制造领域，低温等离子体技术被广泛应用于制备薄膜材料和表面修饰。
首先，通过激发气体分子产生的等离子体可以在半导体材料表面形成高质量的薄膜层。
这些薄膜层用于制造电池、光电器件和显示屏等产品。
其次，在半导体表面修饰方面，低温等离子体技术可以去除表面的污染物和氧化层，从而提高半导体器件的效率和稳定性。
在医疗领域，低温等离子体技术被用于患者的创面治疗和材料的消毒。
首先，低温等离子体产生的活性物种可以在患者的创面表面杀灭细菌和病毒，从而促进伤口的愈合和预防感染。
此外，低温等离子体的杀菌效果可以扩展到医疗设备和器具的消毒，保证医疗环境的安全性。
在环境治理方面，低温等离子体技术可以用于大气污染物的降解和水处理。
一方面，通过将废气处理装置与低温等离子体技术结合，可以有效降解大气中的有害气体，如挥发性有机物和汽车尾气中的氮氧化物。
另一方面，低温等离子体技术也可以被应用于水处理中，去除水体中的有机物和重金属离子等污染物，提高水质的安全性。
除了以上应用领域，低温等离子体技术还可以用于材料的改性和表面涂层等方面。
通过调节等离子体处理的参数，如放电功率、处理时间和气体成分等，可以控制所处理材料的化学组成和表面特性。
这种方法可以改善材料的机械性能、耐热性能和耐腐蚀性能等，使其在特定工况下更加可靠和稳定。
在使用低温等离子体技术时，需要注意以下几点。
低温等离子体技术在塑料表面改性中的应用
响基体 材料 的 性 质 。 因此 低 温 等 离 子 体 具 有 环 保 ， 应温 度 低 、 度 快 ， 子 能 量 高 的特 点 。现 反 速 粒
在工业方 面 已经展 开广泛 的应用 。
二 、 温等 离子 技 术 在 塑 料 表 面 中的应 用 低
利用 等离 子体技 术进 行 塑 料表 面 改性 的 方法
２ １ 年 第 ２ 卷 第 ３期 ０１ １
塑 料 包 装
２ ７
通 常有等离 子 体 表 面 处 理 、 离 子 体 表 面聚 合 及 等 等离 子体表 面接枝 。 １ ．等 离子体 表 面处 理
等 离 子 体 对 材 料 表 面 的 作 用 大 致 有 ４种 ： 清 除 表 面 杂 质 ； 面 刻 蚀 ； 面 交 联 和 形 成 具 有 新 化 表 表
关键 词 ： 温 等 离 子技 术 低 表 面改 性 塑 料
塑 料 材 料 具 有 原 料 丰 富 、 于 加 工 制 造 、 量 易 重
１ ．环 保
轻、 价格低 、 适 当 的机 械 性 能 和 较 好 的 防 水 、 有 防 潮性能 以及 容 易 与 其 他 材 料 复 合 等 优 点 。但 是 ， 塑料薄膜 的 表 面 张力 较 低 ， 能完 全 满 足 印 刷 工 不
可 以在 各 种 形 状 的 材 料 的 表 面 进 行 处 理 ， 会 影 不
于聚合 物 中的 化 学键 能 ， 过 电 场 加 速 后低 温等 通 离子体 完全 有足够 的能 量 引起 聚 合物 表 面 的各种 化学键 发生 断 裂 或重 新 组 合 ， 而 在 不 添加 任 何 从 催 化剂 的温 和条件 下 即可实 现 传 统热 化 学反 应体
低温等离子体处理 温度
概述低温等离子体处理是一种在低温下利用等离子体对材料表面进行改性的技术。
等离子体是一种高度电离的气体，具有很高的能量，可以与材料表面发生各种各样的反应，从而改变材料的表面性质。
低温等离子体处理温度是指等离子体与材料表面发生反应的温度。
温度范围低温等离子体处理温度的范围很广，一般为室温至几百度。
具体温度取决于等离子体的类型、气体的种类、压力、功率等因素。
影响因素低温等离子体处理温度的影响因素有很多，主要包括：* 等离子体的类型：不同类型的等离子体具有不同的能量，因此对材料表面的反应也不同。
例如，氩气等离子体比氧气等离子体具有更高的能量，因此可以对材料表面进行更深层次的改性。
* 气体的种类：不同种类的气体具有不同的化学性质，因此对材料表面的反应也不同。
例如，氧气等离子体可以对材料表面进行氧化处理，而氮气等离子体可以对材料表面进行氮化处理。
* 压力：等离子体的压力也会影响低温等离子体处理温度。
一般来说，压力越高，温度越高。
* 功率：等离子体的功率也会影响低温等离子体处理温度。
一般来说，功率越高，温度越高。
应用低温等离子体处理技术具有广泛的应用前景，主要包括：* 材料表面改性：低温等离子体处理技术可以对材料表面进行各种各样的改性，例如，氧化、氮化、碳化等。
这些改性可以改变材料的表面性质，使其具有更好的耐磨性、耐腐蚀性、导电性等。
* 清洁：低温等离子体处理技术可以对材料表面进行清洁，去除油污、灰尘等污染物。
* 蚀刻：低温等离子体处理技术可以对材料表面进行蚀刻，去除多余的材料。
* 薄膜沉积：低温等离子体处理技术可以对材料表面进行薄膜沉积，制备各种各样的薄膜材料。
优缺点低温等离子体处理技术具有以下优点：* 温度低，不会对材料造成热损伤。
* 处理速度快，效率高。
* 可以对材料表面进行各种各样的改性。
* 无需使用化学试剂，环保无污染。
低温等离子体处理技术也存在一些缺点：* 设备成本高，维护费用高。
* 处理过程中可能会产生有害气体，需要采取措施进行防护。
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低温等离子体对材料的表面改性张 波冷等离子体对材料的表面改性,通过放电等离子体来优化材料的表面结构,是一种非常先进的材料表面改性方法。
冷等离子体的特殊性能可以对金属、半导体、高分子等材料进行表面改性,该技术已广泛应用于电子、机械、纺织等工程领域。
等离子体是“物质的第四态”,它是由许多可流动的带电粒子组成的体系。
等离子体的状态主要取决于它的化学成分、粒子密度和粒子温度等物理化学参量,其中粒子的密度和温度是等离子体的两个最基本参量。
实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要由电子、离子、中性粒子或粒子团组成。
描述等离子体的密度参数和温度参数主要有:电子温度T e、电子密度n e、离子温度T i、离子密度n i、中性粒子温度T g、中性粒子密度n g。
在一般情况下,等离子体呈现宏观电中性,当等离子体处在平衡状态时,n e≈n i=n g。
可以用物理参量电离度η=n e/ (n e+n g)来描述等离子体的电离程度,低气压放电产生的等离子体是弱电离的等离子体(ην1),η=1时,为完全电离等离子体。
等离子体按照其组成粒子的能量大小及热力学性质,可分为高温等离子体和低温等离子体。
高温等离子体中带电粒子的温度可达到绝对温度几千万度到上亿度,如太阳上的核聚变及地球上的热核聚变反应等。
低温等离子体又分为热等离子体(热力学平衡)和冷等离子体(非热力学平衡),其中热等离子体中粒子的能量特别高,通常用于需要高温作业的领域,如磁流体发电,等离子体焊接、切割,等离子体冶炼,等离子体喷涂,等离子体制备超细粉等。
实验室中采用低气压放电产生的等离子体,电子温度T e约为1～10eV(1eV=11600K),而离子温度T i只有数百开尔文,基本上等于中性粒子的温度,所以这种等离子体称为冷等离子体。
正因为冷等离子体的宏观温度与室温相差无几,所以有着重要应用价值,如用于材料的表面改性以及光源等。
对于冷等离子体对高分子材料表面改性的作用机理,一般认为冷等离子体中含有大量电子、离子,激发态的分子和原子、自由基及紫外光等活性粒子,这些粒子的能量大多在0～20eV之间,而高分子材料大多是由C、H、O、N四种元素组成,这些分子之间的键能也多在l～10eV之间,如C-H(413eV)、C-N(219eV)、C-C(314eV)、C=C(61leV)等,恰恰在等离子体的能量作用范围之内,因而等离子体对高分子材料表面改性十分有效,可改变其表面的化学组分和化学结构。
冷等离子体对高分子材料的表面改性可分为三类:第一种是非聚合性气体的等离子体表面处理,这是通过非聚合性气体(如O2、N2、N H3等)在等离子体的气氛下使材料表面化学组分和结构发生变化;第二种是聚合性气体的等离子体聚合,这是用有机物、有机硅化合物或金属有机化合物等在材料表面生成聚合物薄膜;第三种是等离子体接枝,即在被等离子体激活的材料表面引进化学基团。
总之,由于冷等离子体中含有大量电子、离子,激发态的原子、分子和自由基等活性粒子,这些活性粒子和材料相互作用使材料表面发生氧化、还原、裂解、交联和聚合等各种物理和化学反应,从而优化材料表面性能,增加材料表面的吸湿性(或疏水性)、可染性、粘接性、抗静电性及生物相容性等。
冷等离子体发生装置与真空紫外光对材料改性的影响冷等离子体装置,在密封容器中设置特定的电极形成电场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,它们在电场作用下发生碰撞而形成等离子体;因这时会发出辉光,故称为辉光放电。
辉光放电时的气压大小对材料处理效果有很大影响,其他影响因素还有放电功率、气体成分、材料类型等。
电源作为等离子体发生装置的主要部件,功率范围一般在50～500W之间,根据电源频率的不同可分为直流、低频(50Hz～50kHz)、射频(指定频率13156MHz)、微波(常用2450MHz)。
图1～图3分别是各种辉光放电装置示意图。
冷等离子体对材料表面改性的原理研究,过去一般停留在等离子体(电子、离子等)对材料表面的作用,这里介绍表面改性机制的新进展———真空紫外光(VUV)对材料的表面改性。
一般认为,材料表面改性的机制,主要是自由基化学反应,但自由基扩图1 直流辉光放电装置图2 外电极式射频辉光放电装置图3 电子回旋共振微波等离子体放电装置散到材料表面时会减少,有时不能很好地解释材料的表面改性效果。
对此,研究的主要方向转向光化学反应,早期主要研究可见光区和近紫外光区,但该区域光子的能量不能引起充分的光化学反应。
而对真空紫外区(VUV <180nm )的辐射,VUV 光子有足够能量引发表面反应,对表面改性起到了主要作用。
因此,对材料表面改性的等离子体反应机制,真空紫外光的光化学反应可提供更好的理论解释。
由真空紫外光化学可知,不同气体会有不同发射光谱,而不同材料会有不同的最大吸收光谱,因此必须使气体的发射光谱与材料吸收光谱相匹配才能达到最佳的光化学效果。
只有当材料有效吸收了VUV 光子时,才能使接触角下降,达到处理改性的目的。
例如O 2等离子体处理PTFE (聚四氟乙烯),因为氧在13015nm 的辐射不被PTFE 吸收,不能引起光化学反应,而需要比O 2等离子体具有更短波长的等离子体。
如H 2在12115nm 的辐射会被PTFE 所吸收。
研究表明,含H 2(辐射在12115nm )和He (辐射在5910nm )的混合等离子体气氛对PTFE 改性是最有效的,水接触角①明显下降。
由此可见,几种气体的混合气瓶是改性设备所必须的,而且要能作混合气体的适当配比。
等离子体材料表面改性中的物化反应及其应用处于非热力学平衡状态下的冷等离子体中,电子具有较高能量,可以断裂材料表面分子的化学键,提高其他粒子的化学反应活性,而中性粒子的温度接近于室温,这些优点为高分子聚合物表面改性提供了适宜条件,而且改性只涉及材料表面,不影响基体的性能。
等离子体对材料表面的改性作用主要表现为四种效应———表面清洁,烧蚀或刻蚀,近表面分子的交联或支化,表面化学结构的修饰。
这四种效应可能协同作用,也可能以某一效应为主。
冷等离子体技术具有工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、环境污染小、节能等优点,在表面改性中得到了广泛应用。
目前,冷等离子体材料表面改性方面的物化反应及其应用主要集中于等离子体表面激发、等离子体表面刻蚀、等离子体聚合和等离子体表面接枝几个方面。
等离子体表面激发 材料表面通过冷等离子体处理,会发生多种物理、化学变化,或形成致密的交联层、或引入含氧极性基团,使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能分别得到改善。
用几种常用的等离子体对硅橡胶进行表面处理,结果表明N 2、Ar 、O 2、CH 4-O 2及Ar -CH 4-O 2等离子体均能改善硅橡胶的亲水性,且CH 4-O 2和Ar -CH 4-O 2的效果更佳、不随时间发生退化。
部分文献表明,用冷等离子体在适宜的工艺条件下处理PE 、PP 、LDPE 等材料,材料的表面形态发生显著变化,引入了多种含氧基团,使表面由非极性、难粘性转为有一定极性、易粘性和亲水性,有利于粘结、涂覆和印刷。
采用不同等离子体改性PI 、PET 、PP 薄膜后,发现经处理薄膜的介电损耗和介电常数也发生了变化,表面电阻降低了2～4个数量级。
将该技术用于微电子技术领域,可使电子元件的连接线路体积大为缩小,运行可靠性明显提高。
等离子体表面刻蚀 冷等离子体对材料的相互作用不仅能引入新的自由基,而且还会产生刻蚀作用。
刻蚀作用的机制有两种:等离子体中的电子、离子等荷能粒子②撞击材料表面引起的溅射刻蚀,等离子体中的自由基与材料表面的某些基团反应生成挥发性物质而引起的化学刻蚀。
材料表面被刻蚀时,由于材料不同部分的刻蚀速度不同,在材料表面会形成凹凸,增大其粗糙度、减小光的表面反射率。
等离子体刻蚀作用的一个重要应用是在微电子领域,常用于集成电路制备中硅片表面高分子涂层的刻蚀,增强高分子绝缘膜与线路板的粘接性能。
用O2、Ar、CHF3混合气体等离子体可以刻蚀集成电路中残留的聚酰亚胺涂层;利用O2、CF4的混合气体等离子体处理高分子绝缘层可以提高它与线路板的粘接性能,而且这种刻蚀方法的加工精度比传统化学方法提高了一个数量级。
等离子体聚合 等离子体聚合是冷等离子体技术在高分子领域里的一项重要应用。
它是利用气体放电把目的物的气态单体等离子体化,使其产生多种活性种,由这些活性种之间或活性种与单体之间发生聚合反应生成聚合物并沉积下来的一种方法,又叫等离子体气相沉积。
大多数有机物气体在冷等离子体作用下,聚合并沉积在固体表面形成连续、均匀、无针孔的薄膜,可用作材料的防护层、绝缘层、气体和液体分离膜等,用于光学、电子学、医学等领域。
目前对沉积过程还未形成较为一致的看法,大多数人认为,聚合与沉积同时发生,气相中的反应与材料表面的反应同时发生。
在气相中形成的带有自由基的聚合物当其运动到材料表面与表面自由基发生反应时,就会键接③到材料表面;当其能量不足,难以再次逃逸时也会沉积下来。
由于反应机制特殊,等离子体聚合不要求单体有不饱和单元,或具有两个以上的特征官能团,某些在常规情况下不能聚合的单体在等离子体的激发下也能发生聚合反应。
等离子体表面接枝 冷等离子体表面接枝是将材料表面用非聚合单体等离子处理,在材料表面产生自由基,再引入具有某种特性的目的物单体与表面自由基反应,使表面获得相应特性的一种方法。
等离子体聚合会生成沉积膜,而接枝一般不形成膜,只是在表面富集具有某种特性的功能团。
等离子体接枝改性具有以下优点:改性效果显著;对欲达到的效果具有可控性和选择性;所得到的表面性质不随时间衰减,时效很长。
等离子体接枝主要有两种形式———气相接枝和液相接枝。
白敏冬等用Ar等离子体处理尼龙绸表面,引入丙烯酸接枝,接枝聚合使尼龙绸抗静电性增强。
涤纶纤维坚固耐穿,但结构紧密、吸水性差、难染色,王雪燕等用低温氮等离子体对涤纶织物进行了丙烯酰胺接枝改性,接枝后涤纶织物的上染百分率、染色深度及亲水性都有明显提高。
曹伟民在聚氯乙烯(PVC)表面接枝CF4,增强了PVC的憎水性、降低了DOP的渗透,从而降低了医用PVC的凝血作用。
聚四氟乙烯、PE电池薄膜、硅橡胶和聚酯的表面改性具有化学稳定性、介电性能和阻燃等特点的聚四氟乙烯(PTFE)、可用作电池隔膜的聚乙烯薄膜(PE膜)、具有生物相容性的硅橡胶及作为新型热塑性工程塑料的聚酯,具有广泛用途。
但由于这些高分子材料的表面具有浸润性差等缺陷,限制了其在医疗、卫生等一些特殊工业技术领域的应用。
在等离子体对材料表面改性的研究中,我们分别对这些材料进行了等离子体表面改性,考察了时效性以及等离子体工作条件对表面润湿性的影响。