CN105854759A - 一种材料表面低温等离子体改性方法及其装置 - Google Patents

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    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
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    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B01J2219/0896—Cold plasma

Abstract

本发明涉及一种材料表面低温等离子体改性方法及其装置，其中改性方法，包括以下步骤：利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生等离子体，在材料表面形成憎水表面结构；通过等离子体中高能粒子的刻蚀作用和等离子体中的活性离子在材料表面发生的聚合和接枝作用来改变材料表面的分子结构，本发明可以改变材料表面的粗糙度和表面能，通过表面改性降低二次电子发射系数，从而提高材料在真空条件下的沿面耐压性能。

Description

一种材料表面低温等离子体改性方法及其装置
技术领域
本发明涉及材料改性领域，尤其涉及一种材料表面低温等离子体改性方法及其装置。
背景技术
材料表面改性处理技术是目前普遍使用的材料制备技术之一，其基本原理是在一定外界条件下，材料外部物质与材料表面发生物理或化学反应，从而是材料表面状态发生变化或在材料表面生产新的元素和新的基团，最终满足实际应用的需要。目前实现材料表面处理的方法通常为液相反应法，由于液相反应法存在能耗大，对环境有污染的缺点，急需一种节能环保的方法来替代。
低温等离子体表面处理是：在负压(真空)下，给反应气体环境施加高频电场，气体在高频电场的激励下电离，产生等离子体。等离子体是物质的第四态，其中含有大量的电子、离子和自由基等各种活性粒子，活性粒子与材料表面发生物理和化学反应，从而使材料表面的结构、成分和基团发生变化，得到满足实际使用要求的表面。等离子体反应速度快、处理效率高，而且改性仅发生在材料表面，对材料内部本体材料的性能没有影响，是理想的表面改性手段。
在负压状态高频电场激励产生的等离子体的温度接近于室温，因此又称低温等离子 体。由于其工作温度低，所以可以处理包括塑料在内的所有材料。
发明内容
鉴于目前技术存在的上述不足，本发明提供一种材料表面低温等离子体改性方法及其装置，本发明通过改变材料表面的粗糙度和表面能，通过表面改性降低二次电子发射系数，从而提高材料在真空条件下的沿面耐压性能。
本发明的采用如下技术方案：
一种材料表面低温等离子体改性方法，包括以下步骤：
利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生等离子体，在材料表面形成憎水表面结构；
通过等离子体中高能粒子的刻蚀作用和等离子体中的活性离子在材料表面发生的聚合和接枝作用来改变材料表面的分子结构。
作为本发明的优选技术方案，采用负压、电容耦合等离子体放电，待处理材料放置于放电区之外，真空腔壁接地，真空腔内电极接高频电源来产生等离子体。
作为本发明的优选技术方案，所述材料表面形成憎水表面结构用以提高材料表面的粗糙度，改变材料表面的分子结构，降低了材料表面能，降低了材料的二次电子发射系数，从而提高了材料表面在真空条件下的沿面耐压性能。
作为本发明的优选技术方案，将材料置于含有硅烷偶联剂的去离子水中清洗，去除其表面杂质，然后放置于干燥箱中烘干。
本发明的另一面，一种材料表面低温等离子体改性装置，包括抽气口、腔体外壁电极、内壁孔、腔体内壁电极、喂气口和等离子体发生电源，所述抽气口、喂气口分别位于腔体上，所述等离子体发生电源分别与所述腔体外壁电极和腔体内壁电极相连。
作为本发明的优选技术方案，还包括超声波清洗机，用于对材料的清洗。
作为本发明的优选技术方案，所述腔体内壁电极平面上开孔，以利于气体分布和各种活性粒子的流通。
本发明的一种材料表面低温等离子体改性方法及其装置，其中改性方法，包括以下步骤：利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生等离子体，在材料表面形成憎水表面结构；通过等离子体中高能粒子的刻蚀作用和等离子体中的活性离子在材料表面发生的聚合和接枝作用来改变材料表面的分子结构，本发明可以改变材料表面的粗糙度和表面能，通过表面改性降低二次电子发射系数，从而提高材料在真空条件下的沿面耐压性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种材料表面低温等离子体改性方法，包括以下步骤，将作为待处理材料置于含有硅烷偶联剂的去离子水中清洗，去除其表面杂质，然后放置于干燥箱中烘干。其中硅烷偶联剂可以为KH550或KH560；
步骤S1：利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生等离子体，在材料表面形成憎水表面结构，从而材料表面形成憎水表面结构用以提高材料表面的粗糙度，改变材料表面的分子结构，降低了材料表面能，降低了材料的二次电子发射系数，从而提高了材料表面在真空条件下的沿面耐压性能，其中，采用负压、电容耦合等离子体放电，待处理材料放置于放电区之外，真空腔壁接地，真空腔内电极接高频电源来产生等离子体。
步骤S2：通过等离子体中高能粒子的刻蚀作用和等离子体中的活性离子在材料表面发生的聚合和接枝作用来改变材料表面的分子结构，其中包括将材料(PVC薄片)放置于远区等离子体区域内(内电极内)。对真空腔抽真空到5帕，定量喂入氧气，维持真空腔的真空度在35帕。开启电源施加高频电场，在真空腔内形成等离子体，维持放电功率100W，处理时间5分钟后，停止抽真空，停止喂气。向真空腔内充入纯净空气，使真空腔内外压力相等，此时打开转鼓，取出已经处理好的物料，处理结束。
实施例2：一种材料表面低温等离子体改性方法，包括以下步骤，将作为待处理材料置于含有硅烷偶联剂的去离子水中清洗，去除其表面杂质，然后放置于干燥箱中烘干。其中硅烷偶联剂可以为KH550或KH560；
步骤S1：同实施例1的步骤。
步骤S2：将材料(PET薄片)放置于远区等离子体区域内(内电极内)。对真空腔抽真空到5帕，定量喂入氩气和氧气，氩气和氧气的流量比为20∶80，维持真空腔的真空度在30帕。开启电源施加高频电场，在真空腔内形成等离子体，维持放电功率100W，处理时间5分钟后，停止抽真空，停止喂气。向真空腔内充入纯净空气，使真空腔内外压力相等，此时打开转鼓，取出已经处理好的物料，处理结束。
本发明的另一面，一种材料表面低温等离子体改性装置，包括抽气口、腔体外壁电极、内壁孔、腔体内壁电极、喂气口和等离子体发生电源，所述抽气口、喂气口分别位于腔体上，所述等离子体发生电源分别与所述腔体外壁电极和腔体内壁电极相连。
在本实施例中，还包括超声波清洗机，用于对材料的清洗。
在本实施例中，腔体内壁电极平面上开孔，以利于气体分布和各种活性粒子的流通。
综上所述，本发明的一种材料表面低温等离子体改性方法及其装置，其中改性方法，包括以下步骤：利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生等离子体，在材料表面形成憎水表面结构；通过等离子体中高能粒子的刻蚀作用和等离子体中的活性离子在材料表面发生的聚合和接枝作用来改变材料表面的分子结构，本发明可以改变材料表面的粗糙度和表面能，通过表面改性降低二次电子发射系数，从而提高材料在真空条件下的沿面耐压性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种材料表面低温等离子体改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生等离子体，在材料表面形成憎水表面结构；
通过等离子体中高能粒子的刻蚀作用和等离子体中的活性离子在材料表面发生的聚合和接枝作用来改变材料表面的分子结构。
2.根据权利要求1所述的一种材料表面低温等离子体改性方法，其特征在于，采用负压、电容耦合等离子体放电，待处理材料放置于放电区之外，真空腔壁接地，真空腔内电极接高频电源来产生等离子体。
3.根据权利要求1所述的一种材料表面低温等离子体改性方法，其特征在于，材料表面形成憎水表面结构用以提高材料表面的粗糙度，改变材料表面的分子结构，降低了材料表面能，降低了材料的二次电子发射系数，从而提高了材料表面在真空条件下的沿面耐压性能。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种材料表面低温等离子体改性方法，其特征在于，将材料置于含有硅烷偶联剂的去离子水中清洗，去除其表面杂质，然后放置于干燥箱中烘干。
5.一种材料表面低温等离子体改性装置，其特征在于，包括抽气口、腔体外壁电极、内壁孔、腔体内壁电极、喂气口和等离子体发生电源，所述抽气口、喂气口分别位于腔体上，所述等离子体发生电源分别与所述腔体外壁电极和腔体内壁电极相连。
6.根据权利要求5所述的一种材料表面低温等离子体改性装置，其特征在于，还包括超声波清洗机，用于对材料的清洗。
7.根据权利要求5所述的一种材料表面低温等离子体改性装置，其特征在于，腔体内壁电极平面上开孔，以利于气体分布和各种活性粒子的流通。
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