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等離子體表面修飾技術(shù)是將材料暴露在非聚合氣體(例如稀有氣體)的等離子體中,等離子體中的活性粒子與材料表面進(jìn)行相互作用,引起材料表面的一些變化,或產(chǎn)生刻蝕而粗糙,或形成致密的交聯(lián)層,或引入含氧極性基團(tuán),使親水性、粘結(jié)性、可染色性、生物相容性及電性能分別得到改善。

等離子體和材料表面相互作用

由于等離子體中含有大量的電子、離子和自由基等活性粒子,當(dāng)它們與材料表面相互作用時(shí),就會使材料表面發(fā)生許多復(fù)雜的物理和化學(xué)變化。

1. 物理變化

刻蝕:等離子體中的粒子和材料表面的分子原子結(jié)合形成揮發(fā)性的產(chǎn)物從表面揮發(fā)掉,使表面形成許多“錨”狀的凹坑,表面被粗糙化。解吸:等離子體中粒子的能量傳給材料表面的分子、原子,使這些原子分子被解吸離開材料表面。濺射:等離子體中的高能粒子穿過材料表面進(jìn)入材料內(nèi)部,并把能量傳遞給材料內(nèi)部的原子、分子,使它們從表面濺射出來。注入:具有一定能量的離子或中性粒子轟擊材料表面,并打入材料內(nèi)部和材料內(nèi)部的分子原子相結(jié)合,即離子注入。激發(fā)和電離:材料表面的中性粒子在高能粒子的轟擊下,被激發(fā)到高能態(tài)或者被電離成電子和離子。

2. 化學(xué)變化

氧化:等離子體中高能態(tài)的原子態(tài)氧或分子態(tài)氧對材料表面的作用使其發(fā)生氧化反應(yīng),生成氧化物和過氧化物,并使材料表面引進(jìn)含氧基團(tuán),氧化分解又使表面的刻蝕加重。分解和裂解:在等離子體的作用下分子分解,大分子鏈發(fā)生斷裂,產(chǎn)生大量的自由基,另一些分子量下降,并形成揮發(fā)性的產(chǎn)物。交聯(lián):在冷等離子體的作用下產(chǎn)生大分子自由基,由于大分子自由基的加成作用,使大分子之間產(chǎn)生交聯(lián),在材料表面形成一層薄薄的交聯(lián)層。

聚合:等離子體聚合有兩種形態(tài):一種是等離子體態(tài)聚合(PSP),即聚合性的氣體(單體)在等離子體狀態(tài)下形成一群化學(xué)活性粒子,其中一些活性粒子再聚合并沉積在材料表面,形成一層聚合膜;另一種是等離子體誘導(dǎo)聚合(PIP),即材料表面在等離子體的轟擊下,表面產(chǎn)生很多自由基,這些自由基與單體結(jié)合,在材料表面形成一層聚合膜。接技:為了使材料表面引進(jìn)所需要的官能團(tuán),可對材料進(jìn)行等離子體處理,使其表面活化,產(chǎn)生大量的自由基(這些自由基是極不穩(wěn)定的),然后浸入單體溶液中與單體結(jié)合(液相接技),甚至可在等離子體中直接充入氣態(tài)單體,使材料表面邊處理邊接枝(氣相接技)。

等離子體表面修飾技術(shù)具有工藝簡單、操作方便、加工速度快、不損傷材料基質(zhì)、處理效果好、環(huán)境污染小、節(jié)能節(jié)水等優(yōu)點(diǎn),更為重要的一點(diǎn)它能實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)中不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng),在表面改性中應(yīng)用廣泛,而且隨著人們對等離子體的不斷研究,其應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣泛。