利用ICP表面化學(xué)處理對金屬氧化物浸潤改性的研究.pdf

1、浸潤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，具有特殊浸潤性和可控浸潤性材料一直是人們關(guān)注的熱點，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)胞的活動等領(lǐng)域已經(jīng)或者即將發(fā)揮極大的作用。作為經(jīng)濟適用并且環(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，輔之以特殊的浸潤性能，二氧化鈦和氧化鋅薄膜

2、必將發(fā)揮更大的優(yōu)勢。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)，通過改進工藝方法，優(yōu)化工藝條件，對TiO2和ZnO薄膜表面化學(xué)組成進行調(diào)控，包括使用CH3OH蒸氣和CF4進行表面處理，獲得了水浸潤性能從親水到超親水、油浸潤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)對二氧化鈦和氧化鋅薄膜的表面結(jié)構(gòu)以及浸潤性能的影響。 本論文的主要的研究工作進展如下： 1.通過磁控濺射在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，處理時通入甲醇蒸氣和氬氣，在TiO2薄膜表層覆蓋羥基，增強了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)時實現(xiàn)了水、油浸潤次序的反轉(zhuǎn)。 2.通過磁控濺射工藝制備氧化鋅薄膜，通過工藝參數(shù)的改變，控制薄膜的表面形貌，以致其水、油浸潤性的變化。利

4、用甲醇蒸氣在處理時產(chǎn)生的羥基對ZnO薄膜表面進行處理，ZnO薄膜的水接觸角在20°以下變動，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。氧空位的產(chǎn)生和等離子體轟擊對表面微觀形貌的改變是其浸潤性變化的主要原因。 3.對TiO2薄膜和ZnO薄膜進行表面處理，處理時通入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功率進行處理后，油的接觸角達(dá)到23.5°，水的接觸角接近0°，實現(xiàn)了水、油浸潤次序的反轉(zhuǎn)。因為碳氟基團具有疏水疏油性，所以水的完全潤濕體現(xiàn)了薄膜表面在處理后的粗糙狀態(tài)，而油在此時的浸潤性能明顯弱于水，就是說在一個Wenzel接觸狀態(tài)的表面上，相對于水來講，油對一種表面的浸潤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，接入含氟基團使得功率在125W以上時水和油的接觸角都有增大的現(xiàn)