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等離子體與高分子材料的作用原理

閱讀:1408        發(fā)布時間:2021-12-27
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等離子體與高分子材料
交互作用機理










關(guān)于等離子體


1

低氣壓放電(輝光、電暈、高頻、微波)產(chǎn)生的電離氣體,其中蘊含著豐 富的活性粒子。處于非平衡態(tài)的低溫等離子體,可以引起種種物理和化學(xué)反應(yīng)。輝光放電或射頻放電產(chǎn)生的低溫等離子體,其兀冷10K, T, 則略低二個數(shù)量級


2

在低溫等離子體條件下進行化學(xué)反應(yīng),其反應(yīng)機理類似于光化學(xué)和高能 輻射化學(xué),但其反應(yīng)溫度較低,對熱敏感的高分子材料來說是非常適宜的。

與高能輻射線相 比,其作用在材料表面上能量的強度約高 倍。但貫穿力卻要小得多,所以不會影響材料 的本體性質(zhì),又無需特殊的防護屏蔽設(shè)備。與 傳統(tǒng)的化學(xué)處理法相比,低溫等離子體處理高 分子材料全是氣相-固相反應(yīng),因而既經(jīng)濟又安 全且無公害,再者工序縮短,處理時間減少


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以輝光放電或高頻放電(其它放電方式也 類同)產(chǎn)生低溫等離子體時,首先是自由電子從 電場中獲得能量,成為高能量電子,當這種高能 鼠電子與氣體中的分子或原子碰撞時,如電子 的能量比分子或原子的激發(fā)能大,就可以產(chǎn)生 激發(fā)分子或激發(fā)原子、自由基、離子和各種能量 的輻射線等.這些不穩(wěn)定的粒子和輻射線,將 通過不同的方式將其能量轉(zhuǎn)移到置于系統(tǒng)中的 高分子材料表面,從而產(chǎn)生種種物理化學(xué)反應(yīng)。

低溫等離子體中的中性粒子,如原子、激發(fā) 態(tài)分子或原子等,將其平動能和振動能傳給高 分子材料,使后者表面加熱。而其離解能(自由 基)則通過在高分子材料表面進行的消除、加 成、氧化等化學(xué)反應(yīng)而消耗掉,駕可以通過在固 體表面進行自由基復(fù)合而形成加熱。激發(fā)態(tài)原 子,或是以輻射光量子的形式釋放出原來吸收 的能量返回基態(tài),或是過渡到具有io-*-10- 秒壽命的亞穩(wěn)態(tài),再與高分子材料表面作用,使 后者表面大分子產(chǎn)生自由基。

低溫等離子體中的荷電粒子,主要是電子 和帶正電荷的正離子,它們的濃度為10"cmT 左右,比中性粒子濃度要低得多。,具有較高動 能的電子轟擊到材料表面,使其產(chǎn)生大分子自 由基。正離子的動能較低,但其攜帶的電能足 夠高時,可使高分子材料表面由于電子轉(zhuǎn)移,而 產(chǎn)生大分子離子。


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低溫等離子體作用機理示意圖

離子和激發(fā)原 子或分子與高分子材料表面作用,是一直接能量轉(zhuǎn)移過程,其作用深度可達幾個單分子層。而輻射線(即真空UV)在聚合物中的能量轉(zhuǎn)移 具有長程效應(yīng),可深入到幾個a團.由于上述各 種作用和氣體種類和高分子材料本身結(jié)構(gòu)的不 同,在高分子材料表面產(chǎn)生了數(shù)量可觀的自由基和離子,并發(fā)生碎片化、異構(gòu)化和交聯(lián)以及引 入官能團等反應(yīng)。



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