低温等离子体处理可以轻松又有效地进行表面清洁、表面活化、表面粗糙化、表面刻蚀和表面沉积。
1.等离子体处理的表面清洁效果:能有效去除物体表面的有机污染物和氧化物。
主要特点:任何湿式清洁方法都会在表面留下残留物。只有低温等离子体表面处理才能实现彻底的净化,获得具有超高清洁度的表面,而且低温等离子体只作用于材料的纳米级表面,不会改变材料原有的特性,在对表面清洁度要求比较高的工艺中广泛采用代替湿法处理工艺。
处理机理:它主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化”来达到去除物体表面污渍的目的。气体被激发成等离子体状态。粒子撞击固体表面,电子和活性基团与固体表面反应,并分解成新的气相物质,离开物体表面。
等离子体清洗技术的最大特点是,无论要处理的基材类型如何,都能够直接进行处理。它能处理金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料,如聚丙烯、聚酯、聚酰亚胺和聚氯。乙烷,环氧,甚至聚四氟乙烯等,可实现整体和局部清洗,结构较为复杂的均可处理
低温等离子体处理后,在物体表明产生了C=O羰基(Carbonyl)、-CO OH羧基(Carboxyl)和-OH羟基(Hydroxy)三个基团。这些基团具有稳定的亲水功能,对附着力和涂层有积极的影响。
主要特点:能使聚合物表面出现一些活性原子、自由基和不饱和键。这些活性基团与等离子体中的活性粒子反应生成新的活性基团,从而增加表面能,改变表面的化学性质,增强表面的附着力、内聚力、张力,包括橡胶、复合材料、玻璃、布料、金属等的处理,涉及各行各业。
针对不同的材料,采取对应的气体组合,形成具有强刻蚀性能的气相等离子体,对材料表面的本体进行化学反应和物理撞击,使材料体表面的固体物质气化生成CO、CO2、H2O等气体,进而达到微刻蚀的目的。
主要特点:均匀蚀刻,而不改变材料基体的性质。能有效地使材料表面粗糙化,并能精确地控制微蚀刻量。
等离子体处理工艺也可应用于材料的微涂层。选择两种相应的不同气体同时进入等离子体反应室。两种气体在等离子体环境中被激发并重新聚合,新的化合物将沉积在材料表面,形成新的涂层。使用等离子体处理利用这种特殊效果,可以在物体表面涂覆不易涂覆的材料,如心脏支架、人造血管的抗凝血涂层、材料的抗刮伤表面、疏水涂层等。
主要特点:能使材料表面的分子链断裂,生成新的自由基,双键等活性基团,随后发生交联、接枝等反应,而活性气体会在材料表面聚合形成一层沉积层,达到表面改性的目的。
事实上,在低温等离子体处理物体的过程中,各种正负离子、高能高速运动的电子、重粒子等于等离子体气体会对被处理材料表面产生物理和化学反应,所以上述所提到的低温等离子体表面处理的四种(或五种)效应通常同时发生。