利用ICP表面化學(xué)處理對(duì)金屬氧化物浸潤(rùn)改性的研究.pdf

1、浸潤(rùn)性能是固體表面的重要特征之一，它是由表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)共同決定的。浸潤(rùn)現(xiàn)象因其涉及范圍非常廣泛，是一種非常重要的現(xiàn)象，具有特殊浸潤(rùn)性和可控浸潤(rùn)性材料一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)，比如超親水材料在窗戶和天線的防雪防霜，汽車擋風(fēng)玻璃的自清潔，以及生物細(xì)胞的活動(dòng)等領(lǐng)域已經(jīng)或者即將發(fā)揮極大的作用。作為經(jīng)濟(jì)適用并且環(huán)境友好的半導(dǎo)體材料，二氧化鈦和氧化鋅薄膜因其眾多優(yōu)良的特性而引起廣泛研究興趣。因此，輔之以特殊的浸潤(rùn)性能，二氧化鈦和氧化鋅薄膜

2、必將發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。本文采用磁控濺射系統(tǒng)在單晶硅上獲得了二氧化鈦和氧化鋅薄膜，此外利用等離子體表面處理系統(tǒng)，通過(guò)改進(jìn)工藝方法，優(yōu)化工藝條件，對(duì)TiO2和ZnO薄膜表面化學(xué)組成進(jìn)行調(diào)控，包括使用CH3OH蒸氣和CF4進(jìn)行表面處理，獲得了水浸潤(rùn)性能從親水到超親水、油浸潤(rùn)性能從超親油到親油變化的表面。系統(tǒng)地研究了工藝參數(shù)對(duì)二氧化鈦和氧化鋅薄膜的表面結(jié)構(gòu)以及浸潤(rùn)性能的影響。 本論文的主要的研究工作進(jìn)展如下： 1.通過(guò)磁控濺射在S

3、i襯底上沉積了TiO2薄膜，并利用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)表面化學(xué)處理方法，處理時(shí)通入甲醇蒸氣和氬氣，在TiO2薄膜表層覆蓋羥基，增強(qiáng)了TiO2薄膜的親水性并降低親油性。經(jīng)表面化學(xué)處理后，TiO2薄膜的水接觸角從70°左右下降到20°左右，油的接觸角從0°左右上升到20°左右，并在特定工藝參數(shù)時(shí)實(shí)現(xiàn)了水、油浸潤(rùn)次序的反轉(zhuǎn)。 2.通過(guò)磁控濺射工藝制備氧化鋅薄膜，通過(guò)工藝參數(shù)的改變，控制薄膜的表面形貌，以致其水、油浸潤(rùn)性的變化。利

4、用甲醇蒸氣在處理時(shí)產(chǎn)生的羥基對(duì)ZnO薄膜表面進(jìn)行處理，ZnO薄膜的水接觸角在20°以下變動(dòng)，并在160W以前呈單調(diào)下降，但其表層羥基的接入量非常少，最終表面被等離子體轟擊形成了部分氧空位，在取出樣品后與空氣中的水分子結(jié)合，形成物理吸附的羥基，導(dǎo)致表面的極性增強(qiáng)。氧空位的產(chǎn)生和等離子體轟擊對(duì)表面微觀形貌的改變是其浸潤(rùn)性變化的主要原因。 3.對(duì)TiO2薄膜和ZnO薄膜進(jìn)行表面處理，處理時(shí)通入CF4氣體，得到了水和油接觸角度上的改變。

5、其中TiO2薄膜在以200W功率進(jìn)行處理后，油的接觸角達(dá)到23.5°，水的接觸角接近0°，實(shí)現(xiàn)了水、油浸潤(rùn)次序的反轉(zhuǎn)。因?yàn)樘挤鶊F(tuán)具有疏水疏油性，所以水的完全潤(rùn)濕體現(xiàn)了薄膜表面在處理后的粗糙狀態(tài)，而油在此時(shí)的浸潤(rùn)性能明顯弱于水，就是說(shuō)在一個(gè)Wenzel接觸狀態(tài)的表面上，相對(duì)于水來(lái)講，油對(duì)一種表面的浸潤(rùn)性能更多傾向于它的表面化學(xué)成分，而不是它的微觀結(jié)構(gòu)。在處理ZnO薄膜表面時(shí)，接入含氟基團(tuán)使得功率在125W以上時(shí)水和油的接觸角都有增大的現(xiàn)