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等離子表面改性


隨著高分子材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展,其應(yīng)用范圍也越來越廣,但由于高分子材料表面的惰性往往限制了它們的應(yīng)用。低溫等離子體技術(shù)的快速發(fā)展和其優(yōu)異性引起了人們的廣泛興趣。低溫等離子體能夠有效的改善高分子材料的表面性能,包括潤(rùn)濕性、粘合性、染色性、印刷性、防靜電性、拒水性和拒油性及其他性能等等。低溫等離子體對(duì)材料的作用只發(fā)生在其表面幾十至數(shù)千埃厚度范圍內(nèi),能使材料表面性能顯著改善而材料本體性能不受影響,同時(shí)又具有高效、低成本、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

等離子表面改性原理

在材料表面改性應(yīng)用中,等離子體材料表面改性是各類方法中發(fā)展最快的,是材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),在等離子體材料表面改性中,等離子體中的活性物質(zhì)及高能粒子發(fā)揮著重要作用,它們與材料表面相互作用。具體來講,一方面,等離子體中具有許多高能帶電粒子,這些粒子所帶能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般物質(zhì)的化學(xué)鍵鍵能,因此,在電場(chǎng)作用下,這些高能帶電粒子能將材料表面原有化學(xué)鍵打開,并經(jīng)過重新組合形成具有新特性的化學(xué)鍵,從而使材料表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變;另一方面,等離子體中的高能帶電粒子不斷對(duì)材料表面進(jìn)行轟擊,刻蝕材料表面,使其表面粗糙化,同時(shí)依靠能量傳遞使材料表面能發(fā)生變化,最終達(dá)到材料表面改性目的。圖1為等離子體材料表面改性原理示意圖。
等離子表面改性原理
圖 1 等離子體材料表面改性原理示意圖
 
相比于其他傳統(tǒng)的材料處理方法(如噴涂、陽(yáng)極氧化、激光處理等),等離子體材料表面改性技術(shù)具有以下特點(diǎn):①通常只與材料表面層發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),作用深度在表面以下幾十到幾百納米,對(duì)材料固有特性沒有影響,可以有效改變材料表面化學(xué)成分(如基團(tuán)種類、含量等)、表面能及表面形貌等,提高材料某些特性(如親/疏水性等);②適用于各種類型及形狀的材料,具有普遍適用性;③改性過程易于控制,且操作簡(jiǎn)單;④處理效率高,效果好,綠色環(huán)保,滿足可持續(xù)發(fā)展要求。正是由于等離子體材料表面改性的這些優(yōu)點(diǎn)以及其突出的改性效果,在許多領(lǐng)域中得到了極大的使用,如航空、生物醫(yī)療、機(jī)械制造、微電子、汽車等行業(yè)。

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