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低温等离子体处理对材料表面性能的影响

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-06-17
低温等离子体处理技术作为一种新型的分子活化手段,其独特的非平衡性可使热力学平衡条件下难以发生的反应在比较温和的条件下得以实现,目前低温等离子体表面改性技术已经取得了良好的研究进展,未来也会在材料表面改性领域发挥着重要的作用。低温等离子体对材料表面改性,相比较于传统的机械法、化学方法等表面改性方法,具有操作简便、易于控制、处理后所得到的表面均匀、细腻,对于被处理材料种类无要求等优点,既可以处理金属材料,也可以处理绝缘材料。通过低温等离子体对材料表面处理,可在不破坏材料整体性的前提下对其表面进行修饰,且处理温度低、节能高效、绿色环保,在材料处理的应用中受到了越来越多的关注。经过低温等离子体改性处理后,材料表面微观结构与性能发生改变。

低温等离子体处理对材料表面性能的影响

 

表面化学成分

通过分析经过低温等离子体改性后材料表面化学成分的变化,可以分析出改性后材料表面所含有的化学元素和化学官能团,以及化学元素的价态等信息。常用的材料表面化学成分的检测方法是光谱分析法,光谱分析是一种对材料改性前后表面化学成分表征的重要手段,材料经过低温等离子体表面改性后,通过光谱分析可以对材料表面元素或官能团进行定性和定量分析。常用的光谱分析方法有X射线光电子能谱XPS)分析、红外光谱等。

对经过低温等离子体改性后的材料表面化学成分进行分析,发现改性后的材料表面化学元素发生变化,表面化学官能团数量增加。表面化学元素与化学官能团的种类取决于低温等离子体改性是在什么气氛中进行的,如改性在空气中进行,由于空气中氧气的存在从而产生羧基;若改性在氨气气氛中进行,会在材料表面产生氨基;若改性在四氟化碳气氛中进行,会在材料表面产生羰基。由此等离子体改性后材料表面化学元素与表面活性官能团的种类的不同,主要取决于改性是在何种气氛中发生的。

润湿性

润湿性是材料表面最重要、最基本的性能之一,低温等离子体改性后的材料表面的润湿性发生改变,当材料表面润湿性增加时,有利于材料进行粘接和表面涂覆涂层等;当材料表面的润湿性减小时,可实现材料的防水、自清洁等性能。通常采用测量材料表面的水接触角(WCA)来表征材料的润湿性,此外通过测量材料表面接触角的大小,根据OWENS-WENDT公式可计算出材料的表面能、色散分量和极性分量。
低温等离子体对材料表面改性,通过改变材料的润湿性能,可以减小材料表面的接触角、增加亲水性,也可以增加接触角,增加材料的疏水性。

通过研究低温等离子体对材料表面改性后材料表面润湿性的变化,发现随反应条件的不同,润湿性的变化也可以不相同,改性后接触角既可以减小,使材料表面亲水性增加,也可增大,使材料表面疏水性增加。造成不同结果的原因是材料表面形成的化学活性基团有所不同,如当材料表面产生了如羧基、羟基、羰基、氨基等亲水基团,材料的亲水性会增加;当材料表面产生的化学基团为CH3等疏水基团时,材料的疏水性增加。根据实际生产对材料的润湿性的要求,在材料表面产生合适的化学活性基团,如当需要增加材料的粘接性能时,提高材料表面的亲水性可增加粘接的强度;当为了减小外部环境对输电线路运行的安全性的影响时,需要在输电线表面形成超疏水表面,即增加表面的疏水性,提高电力系统的安全性。

表面微观结构

通过低温等离子体对材料表面改性前后表面微观结构的观察分析,可以观察到低温等离子体对材料表面作用的深度和改性前后表面微观结构的变化情况。目前常用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和高分辨透射电镜(HRTEM)等分析观察低温等离子体改性后的材料表面微观结构。

材料经过低温等离子体改性后,会在材料表面发生刻蚀作用,从而引起材料表面微观结构发生变化,即材料表面粗糙度增加,粗糙度增加会增大材料的比表面积,从而使材料表面对水的输送能力增强,可增加材料表面的亲水性。当材料需要粘接或涂覆涂层时,粗糙度的增加可增加材料与涂层的接触面积,增加机械结合强度。

以上就是国产等离子清洗机厂家纳恩科技关于低温等离子体处理对材料表面性能的影响的简单介绍,
低温等离子体处理技术作为一种新的工具和手段,随着越来越多的不同领域的科研人员加入,伴随着各种思想的碰撞,以及等离子体特性理论与实际应用的不断深入研究发展,在不久的将来一定会在更多的领域大规模应用。
 
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