低溫等離子體處理對(duì)材料表面性能的影響
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(shí)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(dú)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(shí)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(jìn)展，未來(lái)也會(huì)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(duì)材料表面改性，相比較于傳統(tǒng)的機(jī)械法、化學(xué)方法等表面改性方法，具有操作簡(jiǎn)便、易于控制、處理后所得到的表面均勻、細(xì)膩，對(duì)于被處理材料種類(lèi)無(wú)要求等優(yōu)點(diǎn)，既可以處理金屬材料，也可以處理絕緣材料。通過(guò)低溫等離子體對(duì)材料表面處理，可在不破壞材料整體性的前提下對(duì)其表面進(jìn)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(lái)越多的關(guān)注。經(jīng)過(guò)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(duì)材料表面性能的影響
表面化學(xué)成分
通過(guò)分析經(jīng)過(guò)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(tuán)，以及化學(xué)元素的價(jià)態(tài)等信息。常用的材料表面化學(xué)成分的檢測(cè)方法是光譜分析法，光譜分析是一種對(duì)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(guò)低溫等離子體表面改性后，通過(guò)光譜分析可以對(duì)材料表面元素或官能團(tuán)進(jìn)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(duì)經(jīng)過(guò)低溫等離子體改性后的材料表面化學(xué)成分進(jìn)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(tuán)數(shù)量增加。表面化學(xué)元素與化學(xué)官能團(tuán)的種類(lèi)取決于低溫等離子體改性是在什么氣氛中進(jìn)行的，如改性在空氣中進(jìn)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(jìn)行，會(huì)在材料表面產(chǎn)生氨基；若改性在四氟化碳?xì)夥罩羞M(jìn)行，會(huì)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(tuán)的種類(lèi)的不同，主要取決于改性是在何種氣氛中發(fā)生的。
潤(rùn)濕性
潤(rùn)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(rùn)濕性發(fā)生改變，當(dāng)材料表面潤(rùn)濕性增加時(shí)，有利于材料進(jìn)行粘接和表面涂覆涂層等；當(dāng)材料表面的潤(rùn)濕性減小時(shí)，可實(shí)現(xiàn)材料的防水、自清潔等性能。通常采用測(cè)量材料表面的水接觸角（WCA）來(lái)表征材料的潤(rùn)濕性，此外通過(guò)測(cè)量材料表面接觸角的大小，根據(jù)OWENS-WENDT公式可計(jì)算出材料的表面能、色散分量和極性分量。
低溫等離子體對(duì)材料表面改性，通過(guò)改變材料的潤(rùn)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(guò)研究低溫等離子體對(duì)材料表面改性后材料表面潤(rùn)濕性的變化，發(fā)現(xiàn)隨反應(yīng)條件的不同，潤(rùn)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(tuán)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(tuán)，材料的親水性會(huì)增加；當(dāng)材料表面產(chǎn)生的化學(xué)基團(tuán)為CH3等疏水基團(tuán)時(shí)，材料的疏水性增加。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)材料的潤(rùn)濕性的要求，在材料表面產(chǎn)生合適的化學(xué)活性基團(tuán)，如當(dāng)需要增加材料的粘接性能時(shí)，提高材料表面的親水性可增加粘接的強(qiáng)度；當(dāng)為了減小外部環(huán)境對(duì)輸電線路運(yùn)行的安全性的影響時(shí)，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(guò)低溫等離子體對(duì)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(duì)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(guò)低溫等離子體改性后，會(huì)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(huì)增大材料的比表面積，從而使材料表面對(duì)水的輸送能力增強(qiáng)，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(shí)，粗糙度的增加可增加材料與涂層的接觸面積，增加機(jī)械結(jié)合強(qiáng)度。
以上就是國(guó)產(chǎn)等離子清洗機(jī)廠家納恩科技關(guān)于低溫等離子體處理對(duì)材料表面性能的影響的簡(jiǎn)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(lái)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(shí)際應(yīng)用的不斷深入研究發(fā)展，在不久的將來(lái)一定會(huì)在更多的領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。
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