一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置，其中改性方法，包括以下步驟：利用金屬電極在脈沖電源激勵(lì)下放電產(chǎn)生等離子體，在材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu)；通過等離子體中高能粒子的刻蝕作用和等離子體中的活性離子在材料表面發(fā)生的聚合和接枝作用來改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以改變材料表面的粗糙度和表面能，通過表面改性降低二次電子發(fā)射系數(shù)，從而提高材料在真空條件下的沿面耐壓性能。
【專利說明】
一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及材料改性領(lǐng)域，尤其涉及一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]材料表面改性處理技術(shù)是目前普遍使用的材料制備技術(shù)之一，其基本原理是在一定外界條件下，材料外部物質(zhì)與材料表面發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，從而是材料表面狀態(tài)發(fā)生變化或在材料表面生產(chǎn)新的元素和新的基團(tuán)，最終滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。目前實(shí)現(xiàn)材料表面處理的方法通常為液相反應(yīng)法，由于液相反應(yīng)法存在能耗大，對(duì)環(huán)境有污染的缺點(diǎn)，急需一種節(jié)能環(huán)保的方法來替代。
[0003]低溫等離子體表面處理是:在負(fù)壓(真空)下，給反應(yīng)氣體環(huán)境施加高頻電場(chǎng)，氣體在高頻電場(chǎng)的激勵(lì)下電離，產(chǎn)生等離子體。等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，其中含有大量的電子、離子和自由基等各種活性粒子，活性粒子與材料表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，從而使材料表面的結(jié)構(gòu)、成分和基團(tuán)發(fā)生變化，得到滿足實(shí)際使用要求的表面。等離子體反應(yīng)速度快、處理效率高，而且改性僅發(fā)生在材料表面，對(duì)材料內(nèi)部本體材料的性能沒有影響，是理想的表面改性手段。
[0004]在負(fù)壓狀態(tài)高頻電場(chǎng)激勵(lì)產(chǎn)生的等離子體的溫度接近于室溫，因此又稱低溫等離子體。由于其工作溫度低，所以可以處理包括塑料在內(nèi)的所有材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于目前技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置，本發(fā)明通過改變材料表面的粗糙度和表面能，通過表面改性降低二次電子發(fā)射系數(shù)，從而提高材料在真空條件下的沿面耐壓性能。
[0006]本發(fā)明的采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種材料表面低溫等離子體改性方法，包括以下步驟:
[0008]利用金屬電極在脈沖電源激勵(lì)下放電產(chǎn)生等離子體，在材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu)；
[0009]通過等離子體中高能粒子的刻蝕作用和等離子體中的活性離子在材料表面發(fā)生的聚合和接枝作用來改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理材料放置于放電區(qū)之外，真空腔壁接地，真空腔內(nèi)電極接高頻電源來產(chǎn)生等離子體。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu)用以提高材料表面的粗糙度，改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，降低了材料表面能，降低了材料的二次電子發(fā)射系數(shù)，從而提高了材料表面在真空條件下的沿面耐壓性能。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，將材料置于含有硅烷偶聯(lián)劑的去離子水中清洗，去除其表面雜質(zhì)，然后放置于干燥箱中烘干。
[0013]本發(fā)明的另一面，一種材料表面低溫等離子體改性裝置，包括抽氣口、腔體外壁電極、內(nèi)壁孔、腔體內(nèi)壁電極、喂氣口和等離子體發(fā)生電源，所述抽氣口、喂氣口分別位于腔體上，所述等離子體發(fā)生電源分別與所述腔體外壁電極和腔體內(nèi)壁電極相連。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，還包括超聲波清洗機(jī)，用于對(duì)材料的清洗。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述腔體內(nèi)壁電極平面上開孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。
[0016]本發(fā)明的一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置，其中改性方法，包括以下步驟:利用金屬電極在脈沖電源激勵(lì)下放電產(chǎn)生等離子體，在材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu);通過等離子體中高能粒子的刻蝕作用和等離子體中的活性離子在材料表面發(fā)生的聚合和接枝作用來改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以改變材料表面的粗糙度和表面能，通過表面改性降低二次電子發(fā)射系數(shù)，從而提高材料在真空條件下的沿面耐壓性能。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018]實(shí)施例1:一種材料表面低溫等離子體改性方法，包括以下步驟，將作為待處理材料置于含有硅烷偶聯(lián)劑的去離子水中清洗，去除其表面雜質(zhì)，然后放置于干燥箱中烘干。其中硅烷偶聯(lián)劑可以為KH550或KH560 ；
[0019]步驟S1:利用金屬電極在脈沖電源激勵(lì)下放電產(chǎn)生等離子體，在材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu)，從而材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu)用以提高材料表面的粗糙度，改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，降低了材料表面能，降低了材料的二次電子發(fā)射系數(shù)，從而提高了材料表面在真空條件下的沿面耐壓性能，其中，采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理材料放置于放電區(qū)之外，真空腔壁接地，真空腔內(nèi)電極接高頻電源來產(chǎn)生等離子體。
[0020]步驟S2:通過等離子體中高能粒子的刻蝕作用和等離子體中的活性離子在材料表面發(fā)生的聚合和接枝作用來改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，其中包括將材料(PVC薄片)放置于遠(yuǎn)區(qū)等離子體區(qū)域內(nèi)(內(nèi)電極內(nèi))。對(duì)真空腔抽真空到5帕，定量喂入氧氣，維持真空腔的真空度在35帕。開啟電源施加高頻電場(chǎng)，在真空腔內(nèi)形成等離子體，維持放電功率100W，處理時(shí)間5分鐘后，停止抽真空，停止喂氣。向真空腔內(nèi)充入純凈空氣，使真空腔內(nèi)外壓力相等，此時(shí)打開轉(zhuǎn)鼓，取出已經(jīng)處理好的物料，處理結(jié)束。
[0021]實(shí)施例2:—種材料表面低溫等離子體改性方法，包括以下步驟，將作為待處理材料置于含有硅烷偶聯(lián)劑的去離子水中清洗，去除其表面雜質(zhì)，然后放置于干燥箱中烘干。其中硅烷偶聯(lián)劑可以為KH550或KH560 ；
[0022]步驟S1:同實(shí)施例1的步驟。
[0023]步驟S2:將材料(PET薄片)放置于遠(yuǎn)區(qū)等離子體區(qū)域內(nèi)(內(nèi)電極內(nèi))。對(duì)真空腔抽真空到5帕，定量喂入氬氣和氧氣，氬氣和氧氣的流量比為20:80，維持真空腔的真空度在30帕。開啟電源施加高頻電場(chǎng)，在真空腔內(nèi)形成等離子體，維持放電功率I OOff，處理時(shí)間5分鐘后，停止抽真空，停止喂氣。向真空腔內(nèi)充入純凈空氣，使真空腔內(nèi)外壓力相等，此時(shí)打開轉(zhuǎn)鼓，取出已經(jīng)處理好的物料，處理結(jié)束。
[0024]本發(fā)明的另一面，一種材料表面低溫等離子體改性裝置，包括抽氣口、腔體外壁電極、內(nèi)壁孔、腔體內(nèi)壁電極、喂氣口和等離子體發(fā)生電源，所述抽氣口、喂氣口分別位于腔體上，所述等離子體發(fā)生電源分別與所述腔體外壁電極和腔體內(nèi)壁電極相連。
[0025]在本實(shí)施例中，還包括超聲波清洗機(jī)，用于對(duì)材料的清洗。
[0026]在本實(shí)施例中，腔體內(nèi)壁電極平面上開孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。
[0027]綜上所述，本發(fā)明的一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置，其中改性方法，包括以下步驟:利用金屬電極在脈沖電源激勵(lì)下放電產(chǎn)生等離子體，在材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu);通過等離子體中高能粒子的刻蝕作用和等離子體中的活性離子在材料表面發(fā)生的聚合和接枝作用來改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以改變材料表面的粗糙度和表面能，通過表面改性降低二次電子發(fā)射系數(shù)，從而提高材料在真空條件下的沿面耐壓性能。
[0028]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種材料表面低溫等離子體改性方法，其特征在于，包括以下步驟: 利用金屬電極在脈沖電源激勵(lì)下放電產(chǎn)生等離子體，在材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu)； 通過等離子體中高能粒子的刻蝕作用和等離子體中的活性離子在材料表面發(fā)生的聚合和接枝作用來改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性方法，其特征在于，采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理材料放置于放電區(qū)之外，真空腔壁接地，真空腔內(nèi)電極接高頻電源來產(chǎn)生等離子體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性方法，其特征在于，材料表面形成憎水表面結(jié)構(gòu)用以提高材料表面的粗糙度，改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，降低了材料表面能，降低了材料的二次電子發(fā)射系數(shù)，從而提高了材料表面在真空條件下的沿面耐壓性會(huì)K。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種材料表面低溫等離子體改性方法，其特征在于，將材料置于含有硅烷偶聯(lián)劑的去離子水中清洗，去除其表面雜質(zhì)，然后放置于干燥箱中烘干。5.一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，包括抽氣口、腔體外壁電極、內(nèi)壁孔、腔體內(nèi)壁電極、喂氣口和等離子體發(fā)生電源，所述抽氣口、喂氣口分別位于腔體上，所述等離子體發(fā)生電源分別與所述腔體外壁電極和腔體內(nèi)壁電極相連。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，還包括超聲波清洗機(jī)，用于對(duì)材料的清洗。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，腔體內(nèi)壁電極平面上開孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。
【文檔編號(hào)】H05H1/46GK105854759SQ201610133300
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月9日
【發(fā)明人】鄭少梅
【申請(qǐng)人】青島理工大學(xué)