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氟是一種具有很強(qiáng)的電負(fù)性元素,由于其自身特性所致,氟原子與碳原子極易結(jié)合,形成高結(jié)合能、低極化率、性能穩(wěn)定的C-F單鍵。其結(jié)果是含氟聚合物具有低表面能、高化學(xué)惰性、強(qiáng)疏水性和優(yōu)異的電性能。鑒于上述特性,國(guó)內(nèi)外研究人員開始熱衷于將氟化官能團(tuán)引入材料的表面和基體中,以期獲得更佳的性能表現(xiàn)。

引入氟元素的方法有很多,表面氟化處理、等離子體氟化處理是制備含氟高分子材料最常用的兩種方法。其中,氟化技術(shù)因其過程簡(jiǎn)單、能耗低、效率高、常溫下就可以操作等優(yōu)點(diǎn)，在如今的科學(xué)研究中被大量應(yīng)用。盡管氟化技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì),但其存在的問題也無(wú)法忽視。例如,氟化試劑具有高毒性,價(jià)格昂貴,而且純?nèi)芤悍浅；顫?氟化反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生大量有害的副產(chǎn)品。這些問題曾一度限制了氟化技術(shù)的發(fā)展。然而,由于低溫等離子體技術(shù)具有處理大面積復(fù)雜形狀樣品的能力,并且能夠避免氟化所使用的CF4對(duì)人體健康的威脅,人們開始發(fā)展等離子體氟化改型技術(shù)。與傳統(tǒng)的直接氟化工藝相比,等離子氟化技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先,等離子體氟化技術(shù)選用CF4氣體作為氟源,其不僅無(wú)毒無(wú)害,而且更加穩(wěn)定可靠。其次,該技術(shù)幾乎不產(chǎn)生有害的副氣體,即防止了對(duì)環(huán)境的污染,也在更大程度上保護(hù)了操作人員的人身安全。

等離子體氟化改性技術(shù)原理

低溫等離子體氟化改性技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)。等離子體,作為物質(zhì)的第四態(tài),由大量帶電粒子構(gòu)成。高能粒子不斷撞擊氣體分子使其發(fā)生解離,形成帶電離子及被激發(fā)的自由基原子。從宏觀上看,這些帶電粒子與未解離的氣體分子整體上呈電中性,共同構(gòu)成電離氣體。等離子體的形成過程可以簡(jiǎn)述為:在外部激發(fā)的作用下,氣體分子與電子、離子相撞擊,從而產(chǎn)生一批新的帶電微粒。這些新產(chǎn)生的帶電粒子繼續(xù)與外部激發(fā)源作用,與更多氣體分子碰撞并電離,經(jīng)過多次類似的碰撞與電離過程,最終形成等離子體。

等離子體氟化處理是一種表面處理技術(shù),通常用于改變材料的表面性質(zhì)和性能,該處理過程利用等離子體中的活性氟物種與材料表面相互作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面氟化,改善材料表面化學(xué)成分、形貌、電學(xué)性能等,從而改善材料的表面性能。等離子體氟化可以通過向反應(yīng)源(SF6、CF4或F2)添加大量能量形成各種C-F鍵,制備各種活性氟化材料,通常用于在材料表面引入氟官能團(tuán)。其中,氟源氣體CF4在等離子體轟擊下會(huì)產(chǎn)生以下反應(yīng):

等離子體氟化技術(shù)應(yīng)用

等離子體氟化納米填料提升環(huán)氧樹脂表面絕緣性能

等離子體氟化技術(shù)通過在環(huán)氧樹脂中引入氟元素,不僅能夠提高材料的絕緣性能,還能改善其老化特性和抗紫外線性能,為提升環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的電氣性能提供了一種有效的手段。這種技術(shù)對(duì)納米填料類型沒有太多局限性,適用于多種類型納米填料,如AlN、BaTiO3和TiO2等,這些填料經(jīng)過氟化處理后,其在環(huán)氧樹脂中的界面特性得到有效改善,從而提高了環(huán)氧樹脂的電氣性能。等離子體氟化技術(shù)還可以與其他改性方法結(jié)合使用,如協(xié)同偶聯(lián)劑改性和協(xié)同超支化聚酯改性,通過在聚合物分子鏈上引入特定的功能基團(tuán),從而在聚合物分子鏈之間形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),有效改善環(huán)氧樹脂的絕緣性能。

與傳統(tǒng)的表面改性方法,如化學(xué)接枝、生物分子修飾和水熱處理等相比,等離子體氟化具有高效性、環(huán)保性、表面均勻性和廣泛適用性等優(yōu)點(diǎn)。