薄膜低溫等離子體處理原理

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：2023-08-18

低溫等離子體中含有多種組分，但主要還是電子對(duì)接觸的材料表面起作用，當(dāng)等離子體與材料表面作用時(shí)，粒子會(huì)將攜帶的能量傳遞給材料表面，這些能量的傳遞會(huì)引起材料性能的改變。等離子體中電子所攜帶的能量范圍一般為0-20eV，與常見的構(gòu)成有機(jī)分子的原子間共價(jià)鍵鍵能處于一個(gè)能級(jí)，這表明無論有機(jī)物是否具有不飽和鍵，等離子體處理可以打開有機(jī)物的舊共價(jià)鍵，并形成新的化學(xué)鍵。也正是因?yàn)閮烧咛幱谕荒芗?jí)，使得等離子體處理的過程只是直接的能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)它們與材料表面發(fā)生作用時(shí)會(huì)將自身的能量傳遞給材料表面的原子和分子，發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)及物理變化，從而改變了材料表面的潤濕性、粘結(jié)性、表面能等。

薄膜低溫等離子體處理原理

輝光放電產(chǎn)生的低溫等離子體具有能量低、強(qiáng)度大、穿透力小的特點(diǎn)，讓其作用于薄膜材料表面，進(jìn)行低溫等離子體處理，通過控制處理時(shí)間和功率大小等因素，選擇合適的引入單體，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜材料進(jìn)行定性、甚至是定量的改性，從而賦予薄膜表面新的物理化學(xué)性質(zhì)。

將薄膜材料置于非聚合性氣體等離子體氛圍中，在薄膜表面進(jìn)行低溫等離子體處理，利用低溫等離子體中的帶能量的活性粒子轟擊薄膜材料表面，使薄膜材料中的高分子聚合物發(fā)生斷鍵重組，從而達(dá)到改性的目的。根據(jù)選擇的氣體的不同，可以分為兩個(gè)部分。第一種是如氬氣、氦氣等惰性氣體等離子體，它們?cè)诘蜏氐入x子體處理過程中，不會(huì)在薄膜表面引入新的元素，而是在薄膜表面形成大量的自由基后，由自由基引發(fā)薄膜材料本身發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而引起材料表面微觀結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)的變化。另一種是如氮?dú)狻⒀鯕獾确磻?yīng)性等離子體，不僅會(huì)發(fā)生上述的交聯(lián)反應(yīng)，使薄膜發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，還會(huì)直接引入含氮和含氧的官能團(tuán)，從而改變薄膜表面的化學(xué)成分。

等離子體處理過程復(fù)雜，不是由一種反應(yīng)主導(dǎo)，而是會(huì)發(fā)生一系列的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，主要包括等離子體刻蝕反應(yīng)、等離子體引發(fā)的交聯(lián)反應(yīng)和活化反應(yīng)。活化反應(yīng)是指，等離子體在薄膜表面作用產(chǎn)生活性位點(diǎn)，在這些活性位點(diǎn)上引入功能性基團(tuán)的反應(yīng)，等離子體處理引入的基團(tuán)主要是反應(yīng)性氣體產(chǎn)生的。因此，等離子體處理對(duì)薄膜材料表面的微觀結(jié)構(gòu)、物化性能和化學(xué)組成都會(huì)產(chǎn)生重大影響。

低溫等離子體表面處理工藝屬于干式工藝，操作簡(jiǎn)單，無二次污染物，節(jié)能環(huán)保，而且能量效率高，處理時(shí)間短，可以處理各種材料，具有普遍適應(yīng)性。對(duì)于薄膜材料表面處理，等離子體處理具有處理效果均勻的優(yōu)點(diǎn)，而且作用的深度僅在薄膜表面幾納米到幾百納米的范圍，不影響薄膜材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮原薄膜材料的優(yōu)點(diǎn)。因此，低溫等離子體技術(shù)在薄膜材料修飾和改性方面，應(yīng)用的范圍越來越廣泛。