低溫等離子體處理對材料表面性能的影響

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-06-17

低溫等離子體處理技術(shù)作為一種新型的分子活化手段，其獨特的非平衡性可使熱力學(xué)平衡條件下難以發(fā)生的反應(yīng)在比較溫和的條件下得以實現(xiàn)，目前低溫等離子體表面改性技術(shù)已經(jīng)取得了良好的研究進展，未來也會在材料表面改性領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。低溫等離子體對材料表面改性，相比較于傳統(tǒng)的機械法、化學(xué)方法等表面改性方法，具有操作簡便、易于控制、處理后所得到的表面均勻、細膩，對于被處理材料種類無要求等優(yōu)點，既可以處理金屬材料，也可以處理絕緣材料。通過低溫等離子體對材料表面處理，可在不破壞材料整體性的前提下對其表面進行修飾，且處理溫度低、節(jié)能高效、綠色環(huán)保，在材料處理的應(yīng)用中受到了越來越多的關(guān)注。經(jīng)過低溫等離子體改性處理后，材料表面微觀結(jié)構(gòu)與性能發(fā)生改變。

低溫等離子體處理對材料表面性能的影響

表面化學(xué)成分

通過分析經(jīng)過低溫等離子體改性后材料表面化學(xué)成分的變化，可以分析出改性后材料表面所含有的化學(xué)元素和化學(xué)官能團，以及化學(xué)元素的價態(tài)等信息。常用的材料表面化學(xué)成分的檢測方法是光譜分析法，光譜分析是一種對材料改性前后表面化學(xué)成分表征的重要手段，材料經(jīng)過低溫等離子體表面改性后，通過光譜分析可以對材料表面元素或官能團進行定性和定量分析。常用的光譜分析方法有X射線光電子能譜XPS）分析、紅外光譜等。

對經(jīng)過低溫等離子體改性后的材料表面化學(xué)成分進行分析，發(fā)現(xiàn)改性后的材料表面化學(xué)元素發(fā)生變化，表面化學(xué)官能團數(shù)量增加。表面化學(xué)元素與化學(xué)官能團的種類取決于低溫等離子體改性是在什么氣氛中進行的，如改性在空氣中進行，由于空氣中氧氣的存在從而產(chǎn)生羧基；若改性在氨氣氣氛中進行，會在材料表面產(chǎn)生氨基；若改性在四氟化碳氣氛中進行，會在材料表面產(chǎn)生羰基。由此等離子體改性后材料表面化學(xué)元素與表面活性官能團的種類的不同，主要取決于改性是在何種氣氛中發(fā)生的。

潤濕性

潤濕性是材料表面最重要、最基本的性能之一，低溫等離子體改性后的材料表面的潤濕性發(fā)生改變，當(dāng)材料表面潤濕性增加時，有利于材料進行粘接和表面涂覆涂層等；當(dāng)材料表面的潤濕性減小時，可實現(xiàn)材料的防水、自清潔等性能。通常采用測量材料表面的水接觸角（WCA）來表征材料的潤濕性，此外通過測量材料表面接觸角的大小，根據(jù)OWENS-WENDT公式可計算出材料的表面能、色散分量和極性分量。
低溫等離子體對材料表面改性，通過改變材料的潤濕性能，可以減小材料表面的接觸角、增加親水性，也可以增加接觸角，增加材料的疏水性。

通過研究低溫等離子體對材料表面改性后材料表面潤濕性的變化，發(fā)現(xiàn)隨反應(yīng)條件的不同，潤濕性的變化也可以不相同，改性后接觸角既可以減小，使材料表面親水性增加，也可增大，使材料表面疏水性增加。造成不同結(jié)果的原因是材料表面形成的化學(xué)活性基團有所不同，如當(dāng)材料表面產(chǎn)生了如羧基、羥基、羰基、氨基等親水基團，材料的親水性會增加；當(dāng)材料表面產(chǎn)生的化學(xué)基團為CH3等疏水基團時，材料的疏水性增加。根據(jù)實際生產(chǎn)對材料的潤濕性的要求，在材料表面產(chǎn)生合適的化學(xué)活性基團，如當(dāng)需要增加材料的粘接性能時，提高材料表面的親水性可增加粘接的強度；當(dāng)為了減小外部環(huán)境對輸電線路運行的安全性的影響時，需要在輸電線表面形成超疏水表面，即增加表面的疏水性，提高電力系統(tǒng)的安全性。

表面微觀結(jié)構(gòu)

通過低溫等離子體對材料表面改性前后表面微觀結(jié)構(gòu)的觀察分析，可以觀察到低溫等離子體對材料表面作用的深度和改性前后表面微觀結(jié)構(gòu)的變化情況。目前常用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）和高分辨透射電鏡（HRTEM）等分析觀察低溫等離子體改性后的材料表面微觀結(jié)構(gòu)。

材料經(jīng)過低溫等離子體改性后，會在材料表面發(fā)生刻蝕作用，從而引起材料表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即材料表面粗糙度增加，粗糙度增加會增大材料的比表面積，從而使材料表面對水的輸送能力增強，可增加材料表面的親水性。當(dāng)材料需要粘接或涂覆涂層時，粗糙度的增加可增加材料與涂層的接觸面積，增加機械結(jié)合強度。

以上就是國產(chǎn)等離子清洗機廠家納恩科技關(guān)于低溫等離子體處理對材料表面性能的影響的簡單介紹，低溫等離子體處理技術(shù)作為一種新的工具和手段，隨著越來越多的不同領(lǐng)域的科研人員加入，伴隨著各種思想的碰撞，以及等離子體特性理論與實際應(yīng)用的不斷深入研究發(fā)展，在不久的將來一定會在更多的領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。