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等离子体与高分子材料的作用原理

时间:2021-12-27  点击次数:405
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等离子体与高分子材料
交互作用机理










关于等离子体


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低气压放电(辉光、电晕、高频、微波)产生的电离气体,其中蕴含着丰 富的活性粒子。处于非平衡态的低温等离子体,可以引起种种物理和化学反应。辉光放电或射频放电产生的低温等离子体,其兀冷10K, T, 则略低二个数量级


2

在低温等离子体条件下进行化学反应,其反应机理类似于光化学和高能 辐射化学,但其反应温度较低,对热敏感的高分子材料来说是非常适宜的。

与高能辐射线相 比,其作用在材料表面上能量的强度约高 倍。但贯穿力却要小得多,所以不会影响材料 的本体性质,又无需特殊的防护屏蔽设备。与 传统的化学处理法相比,低温等离子体处理高 分子材料全是气相-固相反应,因而既经济又安 全且无公害,再者工序缩短,处理时间减少


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以辉光放电或高频放电(其它放电方式也 类同)产生低温等离子体时,首先是自由电子从 电场中获得能量,成为高能量电子,当这种高能 鼠电子与气体中的分子或原子碰撞时,如电子 的能量比分子或原子的激发能大,就可以产生 激发分子或激发原子、自由基、离子和各种能量 的辐射线等.这些不稳定的粒子和辐射线,将 通过不同的方式将其能量转移到置于系统中的 高分子材料表面,从而产生种种物理化学反应。

低温等离子体中的中性粒子,如原子、激发 态分子或原子等,将其平动能和振动能传给高 分子材料,使后者表面加热。而其离解能(自由 基)则通过在高分子材料表面进行的消除、加 成、氧化等化学反应而消耗掉,驾可以通过在固 体表面进行自由基复合而形成加热。激发态原 子,或是以辐射光量子的形式释放出原来吸收 的能量返回基态,或是过渡到具有io-*-10- 秒寿命的亚稳态,再与高分子材料表面作用,使 后者表面大分子产生自由基。

低温等离子体中的荷电粒子,主要是电子 和带正电荷的正离子,它们的浓度为10"cmT 左右,比中性粒子浓度要低得多。,具有较高动 能的电子轰击到材料表面,使其产生大分子自 由基。正离子的动能较低,但其携带的电能足 够高时,可使高分子材料表面由于电子转移,而 产生大分子离子。


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低温等离子体作用机理示意图

离子和激发原 子或分子与高分子材料表面作用,是一直接能量转移过程,其作用深度可达几个单分子层。而辐射线(即真空UV)在聚合物中的能量转移 具有长程效应,可深入到几个a团.由于上述各 种作用和气体种类和高分子材料本身结构的不 同,在高分子材料表面产生了数量可观的自由基和离子,并发生碎片化、异构化和交联以及引 入官能团等反应。



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