介質(zhì)阻擋放電在材料表面改性中的應(yīng)用研究.pdf

1、材料表面改性是提高材料表面性能從而擴大其應(yīng)用范圍的一種重要途徑。利用介質(zhì)阻擋放電(DBD)產(chǎn)生的低溫等離子體進行材料表面改性是一項潔凈的干式工藝，作為一種新型的表面改性方法，可以有效地改善材料表面性能，同時還具有工藝簡單、操作方便、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，十分適合于大規(guī)模連續(xù)化工業(yè)應(yīng)用。近年來，DBD材料表面改性已逐漸成為等離子體和材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點問題之一。在實際應(yīng)用中，要求根據(jù)不同的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)目的選擇合適的DBD工作條件和處理參數(shù)，

2、因而對工作在不同條件下DBD及其材料表面改性的效果進行研究，對優(yōu)化DBD等離子體改性工藝，實現(xiàn)DBD等離子體的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。
　　 首先，本文在討論DBD放電的機理和特性及其材料表面改性應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，分析了DBD的放電特性的測量方法及DBD材料表面改性參數(shù)的計算方法。進而在實驗室建立了產(chǎn)生大氣壓和較低氣壓DBD的實驗裝置及測量系統(tǒng)。并通過放電電氣特性測量和發(fā)光圖像拍攝等手段，對大氣壓和較低氣壓DBD的放電特性進

3、行了研究，測量了不同條件下DBD的電壓電流波形以及Lissajous圖形，并計算出材料表面改性時DBD的功率密度。其次，分別利用大氣壓和較低氣壓空氣DBD對聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)等三種典型的聚合物材料進行表面改性，通過接觸角測量、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察、原子力顯微鏡(AFM)觀察、X射線光電子能譜分析(XPS)和X射線衍射(XRD)等手段研究了DBD等離子體處理前后三種聚合物薄膜的表面

4、特性，并研究了功率密度、處理時間及氣壓強度等DBD處理參數(shù)變化對改性效果的影響。最后，對大氣壓和較低氣壓空氣DBD材料表面改性的效果進行比較，對空氣DBD等離子體材料表面改性的機理作了分析，并從大氣壓和較低氣壓放電機理和特性的不同等角度對所得到的兩者改性實驗結(jié)果的不同在理論上作出了解釋。
　　 本文研究結(jié)果表明，三種聚合物薄膜經(jīng)大氣壓和較低氣壓DBD等離子體處理后，表面微觀樣貌、表面水接觸角和表面能均發(fā)生變化。接觸角和表面能均在

5、一定處理時間后達到飽和值。功率密度對改性效果有較大的影響，增大DBD處理的功率密度，利用更少的處理時間就能得到相同的處理效果。AFM分析實驗結(jié)果表明，處理后的材料表面粗糙度得到了明顯增加。XPS分析的實驗結(jié)果表明，處理后的材料表面引入了親水性含氧、含氮極性基團。而XRD實驗結(jié)果則表明，在使材料表面性能得到優(yōu)化的同時，DBD等離子體處理并未影響材料基體的性能。在相同的功率密度條件下，較低氣壓DBD相比大氣壓DBD可獲得更優(yōu)的改性效果，本文