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(kuò)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(jìn)行材料表面改性是一項(xiàng)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(shí)還具有工藝簡單、操作方便、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)問題之一。在實(shí)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(duì)工作在不同條件下DBD及其材料表面改性的效果進(jìn)行研究，對(duì)優(yōu)化DBD等離子體改性工藝，實(shí)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(jī)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(cè)量方法及DBD材料表面改性參數(shù)的計(jì)算方法。進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)室建立了產(chǎn)生大氣壓和較低氣壓DBD的實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量系統(tǒng)。并通過放電電氣特性測(cè)量和發(fā)光圖像拍攝等手段，對(duì)大氣壓和較低氣壓DBD的放電特性進(jìn)

3、行了研究，測(cè)量了不同條件下DBD的電壓電流波形以及Lissajous圖形，并計(jì)算出材料表面改性時(shí)DBD的功率密度。其次，分別利用大氣壓和較低氣壓空氣DBD對(duì)聚對(duì)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(jìn)行表面改性，通過接觸角測(cè)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(shí)間及氣壓強(qiáng)度等DBD處理參數(shù)變化對(duì)改性效果的影響。最后，對(duì)大氣壓和較低氣壓空氣DBD材料表面改性的效果進(jìn)行比較，對(duì)空氣DBD等離子體材料表面改性的機(jī)理作了分析，并從大氣壓和較低氣壓放電機(jī)理和特性的不同等角度對(duì)所得到的兩者改性實(shí)驗(yàn)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(shí)間后達(dá)到飽和值。功率密度對(duì)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(shí)間就能得到相同的處理效果。AFM分析實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(tuán)。而XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果則表明，在使材料表面性能得到優(yōu)化的同時(shí)，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