PDMS与铌酸锂等离子体键合原理及步骤

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2026-08-11

由于PDMS表面本身具有显著的疏水性，而铌酸锂表面化学性质相对惰性，二者在未经处理的情况下难以形成稳定、不可逆的键合界面。因此，可以采用氧等离子体表面改性处理方法对PDMS与铌酸锂表面进行活化处理，以实现两种材料之间的牢固键合。

氧等离子体是一种由高能氧离子、自由基及活性氧原子组成的活性气体环境。当PDMS表面暴露于氧等离子体中时，其表面的甲基（–CH₃）基团在高能粒子的轰击作用下被部分去除或氧化，原有的疏水表面被转化为富含硅醇基（–Si–OH）的亲水表面。这一过程显著提高了PDMS表面的表面能，为后续化学键合提供了活性位点。

铌酸锂表面在氧等离子体作用下也会发生表面活化过程。等离子体处理可有效去除铌酸锂表面吸附的有机污染物和水分，并在其表面引入一定数量的羟基官能团，使基底表面处于高能态。经氧等离子体处理后的铌酸锂表面呈现出明显增强的亲水性，有利于与改性后的PDMS表面发生化学反应。

当经氧等离子体处理的PDMS与铌酸锂表面相互接触时，双方表面的硅醇基在室温条件下可发生缩合反应，形成稳定的硅氧键。该共价键的形成使PDMS 与铌酸锂之间实现不可逆键合，界面结合强度显著提高。随着时间推移和适当的热处理，界面处的硅氧键稳定，从而保证微流控芯片在后续实验过程中不发生渗漏或脱层现象。

PDMS与铌酸锂等离子体键合步骤

键合前，首先对PDMS微流控芯片和铌酸锂基底进行清洗处理。将两者分别置于无水乙醇中轻微冲洗，以去除表面可能残留的灰尘和有机污染物，随后用去离子水充分冲洗，并使用高纯氮气吹干，确保待键合表面清洁、干燥。

清洗完成后，将PDMS芯片与铌酸锂基底放置于氧等离子体清洗机的样品腔内，待键合表面朝上放置。实验中采用氧气作为工作气体，腔体气压控制在约 20–30 Pa范围内。等离子体处理功率设定为100 W，处理时间为60 s。在该条件下，高能氧等离子体能够有效去除材料表面的有机残留，并在PDMS表面引入大量硅醇基（–Si–OH），同时活化铌酸锂表面，提高其表面能。

等离子体处理完成后，应迅速进行贴合操作，以避免表面活性随时间衰减。将经处理的PDMS从清洗机中取出，在光学显微镜辅助下与铌酸锂基底进行对准，使微流控腔室区域与声表面波作用区域准确重合。完成对准后，将PDMS芯片轻轻贴合至铌酸锂基底表面，并施加均匀压力，使两者充分接触。

贴合完成后，将器件置于室温条件下静置20 min，以促进界面处硅氧键的形成和稳定。