常壓等離子體對高分子材料表面刻蝕的研究.pdf

1、本文主要論述了應用常壓等離子體刻蝕處理高分子材料表面，以獲得具有納米級圖案化的表面特征，并通過各種測試手段對聚合物表面的結構和成分進行測定。這對于將來在較低成本下，簡化聚合物表面制備納米結構的方法，創(chuàng)新實現(xiàn)常壓介質阻擋放電刻蝕聚合物表面達到納米級圖案化的目標有很大應用前景，對亞微米尺度的技術(微電子技術，生物工藝學，分子識別等)發(fā)展有著重要的意義，在陣列圖案、鈍化層、導體、功能排列區(qū)域等方面都有較大的作用。 首先，自行設計并搭建

2、了一套介質阻擋放電裝置。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，結構簡單，操作方便，在此基礎之上，我們對氣體流量、組分和電源特性(包括電壓、頻率)以及偏壓等對石英套管型介質阻擋放電過程進行了較為系統(tǒng)地研究。測量了等離子體放電功率，發(fā)射光譜等參數(shù)，并對放電過程進行了討論。 然后，研究了處理時間、載氣之間的比例、偏壓情況等因素對高分子材料表面刻蝕后的潤濕性能、表面形貌、化學結構和化學組成成分的影響

3、。研究結果表明，等離子體短時間處理即可有效改善材料表面的潤濕性。并且氧氣含量達到2％左右時效果較好，可以使得聚合物表面的潤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。 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，即無機相和有機相，通過兩相之間物理或化學的非相似性，及等離子體的選擇性刻蝕特點，可擇優(yōu)刻蝕有機相，在表面處理過程中完全去除氟橡膠表面很薄的一層有機相，達到一相對另一相的選擇性加工

4、，形成規(guī)整排列的網(wǎng)狀孔結構。偏壓在等離子體各向異性選擇性刻蝕過程中也起了重要的作用，通過加偏壓會產(chǎn)生一種離子轟擊效應，對帶電粒子起到了進一步加速的作用，能產(chǎn)生更具有方向性的刻蝕過程，使得表面納米圖案化結構更加致密和均勻。 衰減全反射(ATR)觀察結果表明：處理前后聚合物表面特征峰的形狀和位置基本沒有改變，說明等離子體刻蝕并沒有改變聚合物表面的化學結構。但加上等離子體偏壓源處理后，特征峰強度增大。并且聚合物表面C—O伸縮振動吸收峰

5、和C=O伸縮振動吸收峰在等離子體處理后向高頻方向移動，說明加偏壓源處理有助于對氟橡膠表面化學特性的改變。 X射線光電子能譜(XPS)測試表明：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)元素含量僅在偏壓刻蝕后有增加，O/C比增加，F(xiàn)/C比也增加。C元素含量減少是因為氟橡膠表面在等離子體刻蝕過程中，被激發(fā)出來的C和O重新組合成CO或CO2或其它物質，由于一般生成的小分子物質會擴散到周圍空間中，隨尾氣排走，

6、減少了含碳量；而O元素的增加則主要是因為氧被成倍地引入材料表面，形成了大量的含氧極性基團。F元素含量的增加也證實了等離子體的選擇性刻蝕，將氟橡膠中的含C的有機相去除，使得F的百分含量相對增加，并保留了含硅的無機相。氟橡膠表面Cls和Ols峰中解疊峰分峰結果也表明，等離子體處理或偏壓等離子體處理都會使得聚合物表面的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，對于Ols峰，高結合能端的鍵百分比含量明顯增加。說明等離