远程等离子体处理技术-plasma

等离子体处理是一种即改变高分子材料表面性能,也改变材料表面形貌的技术。高分子材料可以通过等离子体处理后轻易地使其具有亲水性或者拒水性。在改性过程中,拒水或者亲水基团由于在等离子体状态下反应被引入到高分子材料表面。在等离子体状态反应下,激发态粒子起到了十分重要的作用。首先激发态粒子夺取高分子主链上的氢原子形成自由基,然后主链自由基与其他激发态粒子或者自由基发生反应,使得在高分子材料表面生产拒水或者亲水基团,从而使材料具有拒水或者亲水性。另一方面,等离子体状态下的其它粒子(如电子、离子等)在反应过程中不断轰击材料表面,在材料表面引发降解反应。结果在材料表面生成了大量低分子产物,而且还侵蚀了材料表面。

因此,在等离子体表面处理的过程中,材料表面同时发生着引入基团反应和降解反应。而降解反应是实验中希望尽量避免的反应。人们为了避免这种有害的反应,对等离子体改性技术进行了改善,提出了远程等离子体这个概念。

远程等离子体处理是将实验试样放置在远离等离子体处理区域的位置上。而通常称传统等离子体处理为直接等离子体处理或者常规等离子体处理,以区别远程等离子体处理。等离子体中包含电子、离子和激发态粒子。这些粒子在复合的过程(电子与正离子复合、正离子和负离子复合、激发态粒子和激发态粒子复合)中消失,它们的复合速率分别是:10^-7、10^-7、10^-33cm3/s。所以,在等离子体中激发态粒子比电子和离子的寿命更长。远程等离子体技术正是基于等离子体气氛中各种活性粒子的存活寿命不同的特点而提出的。与常规等离子体一样,远程等离子体区含有激发态的原子、离子、分子以及分子碎片等活性粒子,但是由于处理区域与放电区域被适当分离,短寿命的电子、离子的浓度迅速衰减,所以长寿命的亚稳态原子、活性自由基等具有化学活性的离子的浓度较高。同时,还将电子、离子等粒子对材料表面的有害影响尽可能的降低。

远程等离子体不仅具有常规等离子体的特点,还具有以下优点:远程区域中活性粒子的能量适中,等离子体聚合反应温和、副反应少、可控性强;放电区域与处理区域相分离,减轻了因离子轰击、紫外辐射及激发源(如微波)的电磁场对载体材料及沉积聚合物的损伤;可以在敏感载体材料表面上进行等离子体聚合;由于单体可以在等离子体的下游区域引入,避免了等离子体放电区域中高能态活性粒子对单体分子的直接作用,沉积膜的结构容易控制,纯度较高;降低了单体在容器壁或内电极表面上的聚合。