專注等離子體表面處理設(shè)備
質(zhì)量為根本
市場(chǎng)為導(dǎo)向
人才為核心
等離子體與材料表面作用的物理和化學(xué)過(guò)程很復(fù)雜,不同類型的等離子體反應(yīng)過(guò)程不相同,與參與反應(yīng)的粒子有關(guān),電子、自由基、正負(fù)離子、正負(fù)離子基團(tuán),中性原子、分子和光子都可能參與反應(yīng);等離子體狀態(tài)參數(shù),電子溫度、電子密度、離子溫度、離子密度;表面的材料,金屬、半導(dǎo)體或高分子;材料表面的狀態(tài),化學(xué)組合、清潔度、粗糙度、氧化層等.還有表面在反應(yīng)器中作為電極,器壁或樣品,都將影響著等離子體與表面相互作用的物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程.這里先一般描述等離子體與材料表面作用的物理過(guò)程,然后敘述一些化學(xué)過(guò)程,當(dāng)然物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程經(jīng)常是密切聯(lián)系的.
等離子體與材料表面作用的物理過(guò)程:
解吸:在等離子體與表面作用時(shí),可以通過(guò)離子、電子、中性粒子、光子將能量傳遞給被吸附在固體表面的原子或分子,使它們克服吸附力(范德瓦爾斯力或化學(xué)鍵合力)而解吸離開固體表面,即離子解吸、電子解吸、中性粒子解吸和光解吸.
復(fù)合:由于負(fù)電極或由于電子快速轟擊器壁表面,使器壁建立層電位而帶負(fù)電性,帶正電荷的粒子被吸引向負(fù)電性表面運(yùn)動(dòng),這將助長(zhǎng)了電子與正離子的復(fù)合過(guò)程.在三體碰撞中,正負(fù)電性粒子碰撞復(fù)合,復(fù)合中多余的一部分能量由第三者帶走,器壁往往起第三者的作用,并加速了復(fù)合過(guò)程.
激發(fā):入射電子與固體表面的電子碰撞,可使電子激發(fā)到更高的能級(jí)或產(chǎn)生電離.電子入射到固體表面可以產(chǎn)生俄歇電子.光子轟擊固體表面產(chǎn)生光電子發(fā)射.此外,電子還可以激發(fā)固體中電子產(chǎn)生集體振蕩.
濺射:當(dāng)離子或中性粒子與固體表面作用時(shí),入射粒子的動(dòng)能通過(guò)碰撞級(jí)聯(lián)將能量傳遞給表面原子,使表面原子獲得超過(guò)結(jié)合能的動(dòng)能而濺射出來(lái).有些濺射粒子返回固體表面還會(huì)產(chǎn)生自濺射過(guò)程.其效果是降低材料表面的分子量.
注入:具有一定能量的電子、離子及中性粒子轟擊固體表面,打入固體內(nèi)部與固體內(nèi)原子結(jié)合,引起固體結(jié)構(gòu)的變化,增加材料表面的分子量.
刻蝕:等離子體中粒子與表面原子或分子結(jié)合生成揮發(fā)性產(chǎn)物,這些產(chǎn)物從表面揮發(fā)掉而造成等離子體在材料表面的刻蝕.
此外,電弧或等離子體不穩(wěn)定性發(fā)作時(shí)會(huì)引起局部熱沉積和蒸發(fā).所有這些過(guò)程都是很復(fù)雜的,也是等離子體與材料表面相互作用研究的重要內(nèi)容.
等離子體與材料表面作用的化學(xué)過(guò)程:
等離子體在固體表面的化學(xué)過(guò)程基本上是等離子體中的粒子誘發(fā)表面原子或分子生成新的化學(xué)鍵,或使原來(lái)的化學(xué)鍵斷裂.它包括著固體表面層的化學(xué)反應(yīng)、也包括固體表面與等離子體邊界層的化學(xué)反應(yīng),其具體過(guò)程列舉于下.
氧化:氧是強(qiáng)的氧化劑.當(dāng)?shù)入x子體中有氧存在時(shí),會(huì)對(duì)材料表面起氧化作用,生成氧化物或過(guò)氧化物.
還原:氧是還原劑.等離子體中的氧不僅可以使材料表層的氧化物還原,而且往往能滲透到材料較深層,使較深層的氧化物還原,如把金屬氧化物中的金屬還原出來(lái).
觸媒:等離子體化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中,由于某種材料(如鉑電極或器壁)的存在,起了對(duì)一些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的促進(jìn)作用.
分解和裂解:在等離子體作用下,材料表面的分子會(huì)發(fā)生分解,大分子產(chǎn)生裂解,分子鏈斷裂,分子量降低,并產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì).
聚合:當(dāng)?shù)入x子體中引入單體時(shí),可在材料表面產(chǎn)生聚合反應(yīng).這種反應(yīng)可以使等離子體條件下生成聚合物而沉積在材料表面,也可以使等離子體誘發(fā)在材料表面產(chǎn)生自由基,然后與單體結(jié)合,結(jié)合的方式有分子鏈發(fā)生交聯(lián)、從側(cè)鏈上接枝或官能團(tuán)置換,以及嵌段聚合等. 等離子體對(duì)材料表面作用的物理和化學(xué)過(guò)程提供了使材料表面進(jìn)行等離子體改性的基礎(chǔ)。
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摘自:左安友,袁作彬,翁祝林,熊小勇,楊建平,李興鰲.湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).第26卷第2期2008-06.
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