常壓等離子體對(duì)高分子材料表面刻蝕的研究.pdf

1、本文主要論述了應(yīng)用常壓等離子體刻蝕處理高分子材料表面，以獲得具有納米級(jí)圖案化的表面特征，并通過(guò)各種測(cè)試手段對(duì)聚合物表面的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行測(cè)定。這對(duì)于將來(lái)在較低成本下，簡(jiǎn)化聚合物表面制備納米結(jié)構(gòu)的方法，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)常壓介質(zhì)阻擋放電刻蝕聚合物表面達(dá)到納米級(jí)圖案化的目標(biāo)有很大應(yīng)用前景，對(duì)亞微米尺度的技術(shù)(微電子技術(shù)，生物工藝學(xué)，分子識(shí)別等)發(fā)展有著重要的意義，在陣列圖案、鈍化層、導(dǎo)體、功能排列區(qū)域等方面都有較大的作用。 首先，自行設(shè)計(jì)并搭建

2、了一套介質(zhì)阻擋放電裝置。本裝置在表面處理上的使用非常方便，所產(chǎn)生的等離子體均勻，且裝置不需要抽真空，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，在此基礎(chǔ)之上，我們對(duì)氣體流量、組分和電源特性(包括電壓、頻率)以及偏壓等對(duì)石英套管型介質(zhì)阻擋放電過(guò)程進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究。測(cè)量了等離子體放電功率，發(fā)射光譜等參數(shù)，并對(duì)放電過(guò)程進(jìn)行了討論。 然后，研究了處理時(shí)間、載氣之間的比例、偏壓情況等因素對(duì)高分子材料表面刻蝕后的潤(rùn)濕性能、表面形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成成分的影響

3、。研究結(jié)果表明，等離子體短時(shí)間處理即可有效改善材料表面的潤(rùn)濕性。并且氧氣含量達(dá)到2％左右時(shí)效果較好，可以使得聚合物表面的潤(rùn)濕性有很大程度的提高，而且減少了一般等離子體表面處理中經(jīng)常發(fā)生的退化效應(yīng)。 掃描電子顯微鏡觀察均表明：所研究的氟橡膠材料中存在兩相，即無(wú)機(jī)相和有機(jī)相，通過(guò)兩相之間物理或化學(xué)的非相似性，及等離子體的選擇性刻蝕特點(diǎn)，可擇優(yōu)刻蝕有機(jī)相，在表面處理過(guò)程中完全去除氟橡膠表面很薄的一層有機(jī)相，達(dá)到一相對(duì)另一相的選擇性加工

4、，形成規(guī)整排列的網(wǎng)狀孔結(jié)構(gòu)。偏壓在等離子體各向異性選擇性刻蝕過(guò)程中也起了重要的作用，通過(guò)加偏壓會(huì)產(chǎn)生一種離子轟擊效應(yīng)，對(duì)帶電粒子起到了進(jìn)一步加速的作用，能產(chǎn)生更具有方向性的刻蝕過(guò)程，使得表面納米圖案化結(jié)構(gòu)更加致密和均勻。 衰減全反射(ATR)觀察結(jié)果表明：處理前后聚合物表面特征峰的形狀和位置基本沒(méi)有改變，說(shuō)明等離子體刻蝕并沒(méi)有改變聚合物表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。但加上等離子體偏壓源處理后，特征峰強(qiáng)度增大。并且聚合物表面C—O伸縮振動(dòng)吸收峰

5、和C=O伸縮振動(dòng)吸收峰在等離子體處理后向高頻方向移動(dòng)，說(shuō)明加偏壓源處理有助于對(duì)氟橡膠表面化學(xué)特性的改變。 X射線光電子能譜(XPS)測(cè)試表明：聚合物樣品經(jīng)刻蝕和偏壓刻蝕后表面的C元素含量減少，O元素含量增加，F(xiàn)元素含量?jī)H在偏壓刻蝕后有增加，O/C比增加，F(xiàn)/C比也增加。C元素含量減少是因?yàn)榉鹉z表面在等離子體刻蝕過(guò)程中，被激發(fā)出來(lái)的C和O重新組合成CO或CO2或其它物質(zhì)，由于一般生成的小分子物質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到周圍空間中，隨尾氣排走，

6、減少了含碳量；而O元素的增加則主要是因?yàn)檠醣怀杀兜匾氩牧媳砻妫纬闪舜罅康暮鯓O性基團(tuán)。F元素含量的增加也證實(shí)了等離子體的選擇性刻蝕，將氟橡膠中的含C的有機(jī)相去除，使得F的百分含量相對(duì)增加，并保留了含硅的無(wú)機(jī)相。氟橡膠表面Cls和Ols峰中解疊峰分峰結(jié)果也表明，等離子體處理或偏壓等離子體處理都會(huì)使得聚合物表面的C=O鍵和O=C—O鍵含量百分比增加，而—COOH鍵的百分比含量減少，對(duì)于Ols峰，高結(jié)合能端的鍵百分比含量明顯增加。說(shuō)明等離