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plasma等離子體處理有機材料原理

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-09-11

等離子體（plasma）,是一種由多種類型粒子如電子、離子與中性粒子所組成的非束縛態(tài)體系,是宇宙空間中物質(zhì)存在的主要形式。等離子體在宇宙空間里大量存在,宇宙中有的物質(zhì)是由等離子體構(gòu)成的,是構(gòu)成整個宇宙的主體,如沸騰著的宇宙氣氛、星體的內(nèi)核、從太陽吹到太空的粒子風等。從物質(zhì)聚集體的有序程度看,固體的有序程度大于液體,液體又大于氣體,而等離子體在有序程度上更次于氣體,被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。

低溫等離子體放電可以產(chǎn)生具有化學活性的物質(zhì),所以被廣泛用于改變材料表面特性的各個領(lǐng)域。

在電子工業(yè)中所使用的超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)中,低壓環(huán)境下的低溫等離子體表面處理工藝起著不可替代的作用。例如使用氫氧等離子體來濺射沉積鋁、鎢或高溫超導(dǎo)薄膜使用氧等離子體在硅片上生長二氧化硅薄膜使用等離子體增強化學氣相沉積來沉積不同種類的薄膜氧等離子體放電來清除光刻膠等等。

而在對有機材料的表面改性工藝中,低溫等離子體在不改變材料基底特性的前提下,通過改變材料的表面層微結(jié)構(gòu)、表面層物理性質(zhì)以及表面層化學特性,在高性能材料、復(fù)合材料和醫(yī)用材料等研究領(lǐng)域提供了新的解決方一案。

等離子體與有機材料的表面作用原理

有機材料的氣一固相等離子體化學反應(yīng)過程

在等離子體中含有的活性粒子與材料表面發(fā)生作用,會發(fā)生多種反應(yīng),而各類反應(yīng)的碰撞界面和反應(yīng)速率受到等離子體參數(shù)和材料表面特性共同作用。其中,等離子體參數(shù)包括放電功率、放電頻率、氣體流量、電極結(jié)構(gòu)和氣體配比等因素而材料表面特性除了與材料的化學結(jié)構(gòu)有關(guān)外,還與材料的表面形狀、表面電位和表面溫度有關(guān)。

等離子體處理有機材料表面的過程中,一般存在以下反應(yīng)。

1、脫離反應(yīng)即部分低分子物質(zhì)從有機物表面脫離的過程,脫離的產(chǎn)物包括H2O、CO2、H2等等,這種反應(yīng)往往會引發(fā)其他后續(xù)反應(yīng)的進行。

2、烷基脫氫反應(yīng)在等離子體中的氫非常容易發(fā)生原子化反應(yīng),而有機物中含有大量的氫元素,通過烷基的解離很容易得到原子化氫,所以在等離子體表面的脫氫反應(yīng)和兀電子自由基化反應(yīng)很活躍。當原子態(tài)氧和有機物的烷基作用時,首先烷基脫氫發(fā)生碳基化,并進一步氧化分解為CO2和H2O。而含雙鍵的有機物則會通過環(huán)氧化過程產(chǎn)生分解。

3、開環(huán)反應(yīng)當提高電子能量后,芳香族化合物會發(fā)生開環(huán)反應(yīng),從苯環(huán)位置打開,生成不飽和碳氫化合物。含氮環(huán)以睛基為終端開環(huán),生成不飽和碳氫化合物。