plasma等離子清洗機(jī)處理材料表面原理及其目的

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-01-09

等離子清洗機(jī)（plasma cleaner）可以理解為一種利用等離子體來進(jìn)行清洗的設(shè)備，其原理是在兩個電極之間形成高頻交變電場，用真空泵在裝置的密閉容器中實現(xiàn)一定的真空度隨著氣體越來越稀薄，分子間距及分子或離子的自由運動距離也越來越長，區(qū)域內(nèi)氣體在交變電場的激蕩下，形成等離子體。等離子體與物體材料表面的微顆粒污染物或者有機(jī)污染物進(jìn)行物理碰撞或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而形成揮發(fā)性物質(zhì),最后再由真空泵將這些易揮發(fā)性的物質(zhì)排出腔體外部,從而達(dá)到清潔及活化物體材料表面的目的。

低溫等離子體材料表面改性技術(shù)作為一種干式改性工藝，不會產(chǎn)生傳統(tǒng)化學(xué)工藝處理的污染物，處理過程簡易，高效節(jié)能，且改性相當(dāng)均勻。此外，作為一種高能量的粒子聚集態(tài)，低溫等離子體可以在對環(huán)境要求極低的條件下引發(fā)一系列復(fù)雜的物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，如表面刻蝕、聚合、交聯(lián)、接枝等。且改性深度通常局限于幾十至幾百個納米，因此可以在不影響材料本體性能的前提下顯著改善材料表面特性，如黏著性、親水性、疏水性等，這種優(yōu)勢是其他改性方式難以替代的。此外，等離子體中的激發(fā)態(tài)粒子可以改性所有聚合物的表面，不論它們的結(jié)構(gòu)或化學(xué)反應(yīng)性如何，因此應(yīng)用范圍非常廣泛。

使用氣體等離子體還可以避免在濕化學(xué)技術(shù)中遇到的問題，如表面殘留溶劑和基質(zhì)膨脹。在不同類型的氣體環(huán)境中，如氬氣、氧氣、氮氣、氟氣和二氧化碳，可以根據(jù)需求產(chǎn)生各種獨特的表面特性。例如，氧等離子體處理可以提高聚合物的表面能；而氟等離子體處理可以降低聚合物的表面能并提高聚合物的化學(xué)惰性；惰性氣體等離子體則可以引發(fā)聚合物表面的交聯(lián)作用。

總之，利用等離子清洗機(jī)處理材料表面主要可以用于實現(xiàn)以下目的：

(1) 提升材料表面能；
(2) 改變材料表面形貌，即增加或減少表面粗糙度或結(jié)晶度；
(3) 提升疏水性或親水性（如圖1-1所示）；
(4) 提升表面染色性；
(5) 引發(fā)表面交聯(lián)作用，形成交聯(lián)層；
(6) 增加表面潤滑性；
(7) 在表面產(chǎn)生特殊的官能團(tuán)，以便與其他官能團(tuán)產(chǎn)生特定的相互作用；
(8) 增加表面導(dǎo)電性；
(9) 去除弱邊界層或污染物；
(10) 提升表面化學(xué)惰性

圖1-1 等離子體改善材料表面親水性能

等離子清洗機(jī)處理材料表面原理：

低溫等離子體中包含著大量活性粒子，主要包括光子、電子、自由基、處于基態(tài)或受激的粒子（原子或分子）以及正離子和負(fù)離子。表2-1中列出了這些粒子能量的參數(shù)范圍。

可以看出，低溫等離子體中活性粒子的能量較高，而高分子材料中常見的重要化學(xué)鍵鍵能則較低，如表2-2所示。

因此，等離子體中的高能粒子可以具有充足的能量打開材料表面的化學(xué)鍵，并同時產(chǎn)生游離基。游離基的化學(xué)活性非常高，因此在材料表面可以進(jìn)一步發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)（與氣相物質(zhì)或與材料表面物質(zhì)）而產(chǎn)生新的化學(xué)鍵，最終達(dá)到改性的效果。

氣體等離子體與材料表面的反應(yīng)類型一般可以分為以下幾類：

(1) 表面反應(yīng)：包括氣相物質(zhì)與材料表面物質(zhì)之間的反應(yīng)，以及材料表面物質(zhì)之間的反應(yīng)（這里主要指氣體中的自由基和材料表面的自由基），可以分別在材料表面形成改性層（等離子體中的自由基與材料表面的自由基形成官能團(tuán)而引入材料表面）和交聯(lián)層（材料表面不穩(wěn)定的自由基之間發(fā)生的反應(yīng)）。這些反應(yīng)的例子包括氬氣、氨氣、一氧化碳、二氧化碳、氟氣、氫氣、氮氣、二氧化氮、氧和水的等離子體處理。

(2) )蝕刻與清潔：通過化學(xué)反應(yīng)和物理蝕刻將物質(zhì)從材料表面去除的過程，形成揮發(fā)性產(chǎn)物。如含氧等離子體用于去除聚合物表面的有機(jī)污染物，例如低聚物、抗氧化劑等。蝕刻與清潔的區(qū)別僅僅在于從表面去除的物質(zhì)的量。氧等離子體和含氧、含氟等離子體常用于聚合物的刻蝕。

等離子體的生成（電子在電場加速作用下成為高能電子并引發(fā)碰撞電離，產(chǎn)生大量激發(fā)態(tài)粒子和自由基的過程）以及與材料表面的相互作用示意圖如圖3-1所示。

圖3-1 等離子體的生成以及與材料表面的相互作用示意圖

以上就是國產(chǎn)等離子清洗機(jī)廠家納恩科技關(guān)于等離子清洗機(jī)處理材料表面原理及其目的的簡單介紹，在不影響材料本體性質(zhì)的情況下，通過表面處理來改變材料表面的化學(xué)和物理性質(zhì)的研究已經(jīng)取得了許多進(jìn)展。其中利用低溫等離子清洗機(jī)處理材料表面技術(shù)由于具有高效率、低能耗、綠色環(huán)保等特點，且對環(huán)境要求很低，因此在眾多改性方法中具有顯著優(yōu)勢。