等离子体表面技术及应用

Baidu Nhomakorabea离子表面技术的应用
通过等离子体接枝技术可以在聚碳酸酯鼓泡式氧合器的内表面固定具有抗血凝作用 的低分子肝素. 的低分子肝素.
等离子表面技术的应用
血液过滤器的内壁和滤芯都需要等离子体的抗血凝处理, 血液过滤器的内壁和滤芯都需要等离子体的抗血凝处理,以提高其过滤能力 和使用寿命. 和使用寿命.
等离子表面技术的应用
产品介绍
等离子表面技术及应用 演讲者:张景鑫
等离子表面技术原理及应用 等离子清洗设备特点和优势 我公司代理等离子产品介绍
等离子表面技术原理
1. 什么是等离子体
等离子,即物质的第四态,是由部分电子被剥夺后的原子以 及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气状物质.这种电离气 体是由原子,分子,原子团,离子,电子组成.其作用在物体表面可 以实现物体的超洁净清洗,物体表面活化,蚀刻 ,精整以及等离子表 面涂覆.
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4. 等离子体与物体表面作用
等离子体和工件表面的化学反应和常规化学反应有很大不同,由 于高速电子的轰击,很多在常温下很稳定的气体或蒸汽都可以以等离子 体的形式和工件表面反应,产生许多奇特的,有用的效果: 1) 清洗和刻蚀 例如,在进行清洗时,工作气体往往用氧气,它 清洗和刻蚀: 被加速了的电子轰击成氧离子,自由基后,氧化性极强.工件表面的 污物,如油脂,助焊剂,感光膜,脱膜剂,冲床油等,很快就会被氧 化成二氧化碳和水,而被真空泵抽走,从而达到清洁表面,改善浸润性 和粘结性的目的.低温等离子处理仅涉及材料的浅表面( <10nm),不 会对材料主体的性质产生影响.由于等离子体清洗是在高真空下进行 的,所以等离子体中的各种活性离子的自由程很长,他们的穿透和渗 透能力很强,可以进行复杂结构的处理,包括细管和盲孔.
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2) 引入官能基团 引入官能基团:高分子材料用N2, NH3,O2,SO2等气体的等离子体处理, 可以改变表面的化学组成,引入相应新的官 能基团: -NH2,-OH,-COOH,-SO3H 等.这些官能团可使聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯, 聚四氟乙烯等这些完全惰性的基材变成官 能团材料,可以提高表面极性,浸润性,可粘结 性,反应性,极大地提高了其使用价值.与 氧等离子体相反,而经含氟气体的低温等离 子体处理, 可在基材表面引入氟原子, 使基 材具有憎水性.
等离子表面技术的应用
用等离子体可以清洗150毫米的半导体硅片在切割和抛光过程带 用等离子体可以清洗150毫米的半导体硅片在切割和抛光过程带 150 来的油脂和灰尘. 来的油脂和灰尘.
等离子表面技术的应用
多层复合印制板(环氧树脂或聚四氟乙烯)上有成百上千钻出的0.2mm的细微 多层复合印制板(环氧树脂或聚四氟乙烯)上有成百上千钻出的0.2mm的细微 0.2mm 的孔,只有用等离子体清除孔内塑料钻污,增加了孔内表面的浸润性后, 的孔,只有用等离子体清除孔内塑料钻污,增加了孔内表面的浸润性后,沉铜 液才能进入微孔中,保证每个孔内都能沉上铜. 液才能进入微孔中,保证每个孔内都能沉上铜.
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3. 等离子体种类
1) 高温等离子体和低温等离子体.在低压体气的场合产生的等离子 体称为低温等离子体;气体处于高压状态并从外界获得大量能量,得 到的等离子体称为高温等离子体.由于高温等离子体对物体表面的作 用过于强强烈,因此在实际应用中很少使用,目前投入使用的只有低 温等离子体. 2) 活泼气体和不活泼气体等离子体.根据产生等离子体时应用的气 体的化学性质不同划分.不活泼气体如氩气(Ar),氮气(N2), 氟化氮(NF3),四氟化碳(CF4)等,活泼气体如氧气(O2),氢 气(H2)等,不同类型的气体在清洗过程中的反应机理是不同的, 活泼气体的等离子体具有更强的化学反应活性.
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3) 聚合 很多乙烯基单体,如,乙烯, 聚合: 苯乙烯,都可以在等离子体条件下,不要其 他任何催化剂和引发剂而在工件表面实现 聚合,甚至甲烷,乙烷,苯这些在常规聚合条件 下不能聚合的物质, 都可以在等离子体条件 下在工件表面实现交联聚合.这种聚合层 可以达到非常致密,并且和基材结合的非常 结实.在国外塑料啤酒瓶和汽车油箱就采 用等离子体聚合上这样一层致密层,用以防 治微量的泄漏. 高分子的生物医学材料表 面也可以通过这种致密层阻止塑料中的增 塑剂等有毒物质向人体组织中扩散.光学 元件常可用等离子体聚合方法在表面加上 一层恰当的光学薄膜,以便提高光学元件的
等离子表面技术的应用
左图,高模高强聚乙烯纤维是表面惰性很强的高分子材料, 左图,高模高强聚乙烯纤维是表面惰性很强的高分子材料,因此它的应 用受到很大影响,通过等离子体处理,在表面引入极性基团, 用受到很大影响,通过等离子体处理,在表面引入极性基团,从而使纤 维的浸润性,染色性能,抱合性能和黏合性得到提高, 维的浸润性,染色性能,抱合性能和黏合性得到提高,使用价值大大提 右图,显现碱性品红水溶液果然在等离子体处理过的PE PE丝上比空白 高.右图,显现碱性品红水溶液果然在等离子体处理过的PE丝上比空白 的丝上爬的高,说明了等离子体处理使PE表面引入了极性基团,增加了 的丝上爬的高,说明了等离子体处理使PE表面引入了极性基团, PE表面引入了极性基团 浸润性,也会使未来的复合材料的强度更高. 浸润性,也会使未来的复合材料的强度更高.
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左图,阳极帽需要和真空玻壳很好的熔接, 左图,阳极帽需要和真空玻壳很好的熔接,等离子体清洗可以达 到对清洁的要求. 到对清洁的要求. 右图,另一种电真空元件,要求极端清洁,才能参与放电, 右图,另一种电真空元件,要求极端清洁,才能参与放电,保障真 空管内良好的真空. 空管内良好的真空.
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左图中是一个展示用的用等离 子体技术只处理一半的聚四氟 乙烯(PTFE) 乙烯( ) 填料环. 填料环.稍一淋水就可以看到 处理的右一半挂上了均匀水膜, 处理的右一半挂上了均匀水膜, 而且它很稳 定,不破裂,不收缩,最后直 不破裂,不收缩, 至水份蒸发干; 至水份蒸发干;没处理的左一 半挂上的水在 几秒只内就收缩成一些水滴. 几秒只内就收缩成一些水滴.
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介入治疗用的心脏冠状动脉支架, 介入治疗用的心脏冠状动脉支架,经等离子体清洗之后还要用等离子体涂敷 上抗血凝和抗表皮增生材料
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聚苯乙烯制造的细胞培养皿,经等离子体处理后, 聚苯乙烯制造的细胞培养皿,经等离子体处理后,大大提高了贴壁培养细 胞的能力. 胞的能力.
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2. 如何人工方法获得等离子体
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.通过人工放电方式也可出现不同的等离子体,主要有:辉光(荧 光灯) ,弧光(电弧) ,电晕放电(高压线周围可以常常见到).对于表面 精密清洗,表面活化和改性,生物工程材料,塑料,纸张的表面加工,则 大多采用以辉光放电,电晕放电,介质阻挡放电等方式产生的低温等 离子体. 在高频电场中处于低气压状态的氧气,氮气,甲烷,水蒸气等气 体分子在辉光放电的情况下,可以分解出加速运动的原子和分子,这 样产生的电子和解离成带有正,负电荷的原子和分子.这样产生的电 子在电场中加速时会获得高能量,并与周围的分子或原子发生碰撞, 结果使分子和原子中又激发出电子,而本身又处于激发状态或离子状 态,这时物质存在的状态即为等离子体状态.
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4) 等离子体的接枝 等离子体的接枝:
就是通过等离子体前处理使高分子材料表面生成活性自由基,由此引 发乙烯基单体在材料表面上聚合.等离子体还可以引发一些不规则的 表面(如瓶子的内壁) 进行接枝反应.选择适当的接枝单体,控制恰当的 ( ) , 接枝反应条件可改变材料的亲水或拒水性,粘附性,防腐,耐磨,导 电性及渗透选择性及生物相容性等.因此等离子体接枝是极富创造性 和应用前景的.
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表面清洗
在用等离子体清洗工件时,工作气体往往用氧气,它被轰击 成氧离子,自由基后,氧化性极强.工件表面的污物,如油脂,助焊 剂,感光膜,冲床油等,很快就会被氧化成二氧化碳和水,而被真空 泵抽走,而达到清洁的目的. 等离子体清洗也是所有清洗方法中最为彻底的剥离式的清洗,特 别适于精密清洗,如电子元器件,电真空元件(阴极帽,销钉,阳极 帽),继电器触头,印制线路板,半导体硅片,芯片封装,液晶显示 板,精密机械(千分尺的丝杠,块规,液压件),并不会对工件产生电 击损伤.等离子体清洗属于干法清洗,不用任何清洗剂,去离子水, 免除一切运输,储存,回收,再生装置,不会产生任何环境污染,在 很大程度上可以替代氟里昂等危害大气层的清洗剂.往往几瓶气体就 可以代替数千公斤清洗液,因此清洗成本会大大低于湿法清洗.
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改善复合材料粘附性
表面能低,浸润性差是聚合物材料的一大特点, 但在复合材料,印 刷,涂层,粘接,印染等生产领域都需要材料表面具有良好的浸润性 和粘附性能.而等离子体技术可以在不损害基材本体优良性能的同时 在表面引入极性基团, 提高表面能和浸润性.氟塑料,包括PTFE, PVDF,PFA, FEP是很难粘结的高分子材料,利用等离子体技术可以 接枝上不同的基团,而与不同的粘合剂相配合,提高了粘结的可能性, 可很方便地用于耐腐蚀衬里,导轨贴条,高温压敏胶胶带,氟辊和食 品生产的抗粘结层.与强酸强碱,强氧化剂处理,火焰处理,机械磨 砂等表面处理等方法相比, 低温等离子体处理是最可取的.等离子体处 理不改变基材的颜色,这是对有外观要求的产品是很重要的.有些高档 耐强酸强碱的量筒,烧杯是PFA,EFP注射成型制品,通过等离子体活化 技术,可以在上面印刷上刻度和商标,提高了它的使用价值.
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改变材料表面浸润性
左图,PTFE,聚四氟乙烯 聚四氟乙烯表面的疏水性极强,对水的浸润角可达140 聚四氟乙烯 度. 右图,经等离子体处理处理后,PTFE环表面亲水性大大提高,浸润 角有25度(见右图).几滴水滴到一个填料环上,就会浸润整个表面, 而且水膜稳定,不会破碎.除PTFE外,其他的材质,如PVC,PP的 材料经等离子体改性也都会大大提高传质效果.
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生物医用材料 是指用于医疗的能植入生物体或能与生物组织相结合的材料. 因此作 为生物医用材料,除了要具有一定的功能特性和力学性能外,还必须满 足生物相容性的基本要求.包括血液相容性和组织相容性两部分.前 者表示材料与血液之间相互适应的程度,而后者反映材料与除了血液以 外的其他组织之间相互适应的能力. 通过等离子体技术在聚合物表面涂覆水凝胶薄层或直接在材料表 面固定抗血栓物质如肝素,就可以提高血液相容性和组织相容性而不损 伤基材的物理和化学性质. 介入治疗用器械,透析设备,胸外科手术 用的心肺机的构件,人工骨,人工关节,人工牙,缝合线,眼科用的 隐形眼镜,人工晶体,储血袋等都可以经等离子体处理而大大提高他 们的血液相容性和组织相容性.等离子体在表面改性的同时,等离子 体的高活性粒子具有还有极强的消毒,灭菌的作用,而且与环氧乙烷法 相比,不会有毒性残留.
等离子表面技术的应用
上图,聚四氟乙烯(PTFE)塑料板浸润性很差, 上图,聚四氟乙烯(PTFE)塑料板浸润性很差, (PTFE)塑料板浸润性很差 滴上的水滴成球形,可以在板面上滚动, 滴上的水滴成球形,可以在板面上滚动,浸 润角达133 133度 做复合材料很难粘结. 润角达133度,做复合材料很难粘结. 右图,这种0.05mm的聚四氟乙烯薄膜用常规 右图,这种0.05mm的聚四氟乙烯薄膜用常规 0.05mm 的萘钠腐蚀法活化,很难控制碳化程度, 的萘钠腐蚀法活化,很难控制碳化程度,而 且颜色难看. 且颜色难看.这里经等离子体表面清洗和活 化以后,粘结性,浸润性大大改善,10 ,10微升 化以后,粘结性,浸润性大大改善,10微升 的水滴上去马上就散开了. 的水滴上去马上就散开了.膜的颜色也根本 没有改变.
医学免疫测试用的测试板和测试管经等离子体的官能团化以后,实现了抗体在上面的共价结合, 医学免疫测试用的测试板和测试管经等离子体的官能团化以后,实现了抗体在上面的共价结合, 克服了以前只 靠物理吸附,产品不稳定,变异系数大,成本高的缺点. 靠物理吸附,产品不稳定,变异系数大,成本高的缺点.