纳米颗粒等离子氟化改性-plasma

F原子具有很强的电负性,将F元素与材料结合,材料上也能表现出F元素具备的优点,因此含F功能的材料具备大量的优势。为此,早在20世纪70年代就提出了“直接氟化”的概念,实现在材料中增添F元素的想法。氟化技术是一种通过反应装置,用氟原子替换碳链上C=C不饱和键、羟基、酯基等活性键中的氢原子,形成键能较大的碳氟键(≈485kJ/mol)的技术。该技术在常温下也可以进行。氟化技术因其过程简单、能耗低效率高等优点被大量应用。通过氟化,纳米颗粒的化学稳定性得到增强,纳米颗粒的团聚现象也能得到很好的改善。

等离子体是一种失去电子的原子或原子团被电离后,产生离子化气状物质的非束缚态的体系,因其含电子、正离子、负离子大致相等,故呈电中性,是物质的第四态。因宇宙中绝大物质都是等离子状态,故大部分物质可以很容易实现等离子体改性。在实验室中,通过放电手段即可产生等离子体。等离子体按照系统温度分类可以分为高温等离子体和低温等离子体,低温等离子体是一种制备特殊功能高分子材料的直接聚合体系,它比高温更易操作。在低温环境下,电子质量非常小,所以影响整体反应的是正离子和中性粒子,它们在低温中的化学活性十分强,能够使难以聚合的物质发生反应。常见的低温等离子体改性方法有:低温等离子体表面处理、低温等离子体化学气相沉积法、低温等离子体接枝聚合法。其中,低温等离子体表面处理法是通过产生高能粒子和光辐射轰击材料表面,对材料表面产生刻蚀作用的同时使化学键发生断裂生成自由基,这些自由基之间会发生相互交联作用重新键合成网状结构,从而改善材料表面性能。

等离子体改性技术被应用于纳米颗粒改性中,等离子体改性包括物理和化学两个过程。物理过程包括复合、溅射、刻蚀、注入、激发和解吸。化学过程是材料表面形成新化学键或原化学键断裂,形成碎片或者官能团。等离子体改性具有非常明显的优点,它能迅速对纳米颗粒进行改性,并且使纳米颗粒保持原有性能。因此,这种环保的改性方式被广泛使用。

氟化反应虽然带来很大的好处,但氟化试剂毒性大、价格贵,并且纯溶液非常活跃,反应会产生很多不需要的副产物,后续逐渐发展等离子体氟化法。等离子体氟化技术是因其在工业应用方面具有很强的优势与多样性,因而得到大力发展。等离子体氟化改性法利用等离子态下的含氟气体,在某种特殊的作用下,与纳米颗粒结合,在纳米颗粒的表面上沉积,形成能优化各种性能的聚合物。等离子体表面改性技术是一种操作简单、处理效率高、应用广泛、环保的处理工艺,这也符合现在大规模工业化作业需要。