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等离子体处理技术原理及其作用

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-11-25
等离子体处理是一种干法加工技术。作为一种可显著减少有毒化学污染的新型整理技术,等离子体处理技术具有较广泛的应用前景。等离子体处理技术适用于改变材料表面的化学结构和形貌。低压等离子体处理技术广泛用于材料的表面改性。在材料表面应用等离子体表面改性处理可提高其表面性能。
等离子体处理设备

等离子体处理技术原理


在对材料表面等离子体处理过程中,等离子体产生的高能粒子和光子与基材表面发生剧烈的相互作用,这种相互作用通常表现为自由基化学反应。通常可观察到4种表面效应,即表面清洗、表面蚀刻、表面附近的分子交联及表面化学结构的改变。在一定程度上,每种效应都可能存在,但其中某种效应可能比其他效应更明显,这取决于处理对象、气体的化学性质,以及仪器型号与仪器参数的设置。几种表面效应单独或协同作用,都会影响处理对象的黏附力。等离子体处理对提高材料之间的黏结强度有很好的效果。等离子体处理后黏附力的增大是由于处理后基材的润湿性提升及材料表面的化学结构发生改变所致

等离子体

气体在电磁力的耦合作用下产生等离子体介质,这种等离子体介质包含离子、电子、中子、光子、自由基、亚稳态激发粒子和分子,以及室温的动态混合,等离子体处理可使材料表面功能化且不影响其整体性能。这些等离子体粒子在电磁场作用下,梯度扩散进入基材的表面,从而产生各种通用的表面处理,包括键断裂产生活性位点的表面活化、化学结构和功能基团接枝、材料挥发去除(蚀刻)、表面污染物或层解离(清洗),以及保形涂层的沉积等。等离子体的表面化学处理过程如图1所示。
等离子体处理技术原理
图1 等离子体的表面化学处理

等离子体处理对材料的作用


等离子体处理后材料表面发生巨大的化学和物理变化,包括:
———表面层化学性能的改变;
———表面层结构的改变;
———表面层物理性能的改变;

电子碰撞和光化学作用的分子分离将产生包含高密度自由基的等离子体,其可导致材料表面化学键断裂,从而在材料表面形成新的化学物质,这将导致材料表面化学结构和形貌的改变,材料表面的比表面积将显著增大。材料表面的等离子体处理将导致羟基(-OH)、醛基(-COH)及羧基(-COOH)等新的官能团的产生,这些官能团影响材料的润湿性并有利于分子的接枝处理。

等离子体独特的物理、化学性质及温度范围特性,使其成为材料表面处理的有效工具。等离子体低温(避免破坏试样)﹑干燥﹑环保及非平衡的等处理特性适用于新材料和新的研究领域的开发。等离子体处理可获得常规处理无法达到的效果。等离子体可仅针对物质表面(最上层)而非整个材料产生作用。处理过程的高成本可通过高附加值产品获得回报。等离子体处理技术的应用空间非常巨大。

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