等離子清洗提高表面能原理
文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-11-09
現(xiàn)實(shí)中的固體表面并不是理想光滑且完全同構(gòu)的，表面上往往由不同的化學(xué)成分組成或具有粗糙的物理結(jié)構(gòu)。這樣，當(dāng)液體與固體表面接觸時(shí)，液體附著（或不附著）在固體表面，也可能滲透（或不滲透）到固體表面的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象被稱為潤(rùn)濕（或不潤(rùn)濕）。在微觀上，這些現(xiàn)象表現(xiàn)為由于固體分子對(duì)液體分子的引力大于（或小于）液體分子之間的引力，這導(dǎo)致固液的界面層的液體分子密度將會(huì)大于（或小于）液體內(nèi)部的分子的密度，因此界面內(nèi)的液體分子相互作用表現(xiàn)為斥力（或引力），液面呈現(xiàn)擴(kuò)展（或收縮）的趨勢(shì)，出現(xiàn)潤(rùn)濕（或不潤(rùn)濕）現(xiàn)象。
潤(rùn)濕現(xiàn)象的兩個(gè)重要影響因素是表面張力和表面能。其中表面張力指液體表面上受到的收縮力，它的方向與液面相切與直線垂直，大小與液體粘性、溫度和壓力相關(guān)。它是液體表面層分子間引力的體現(xiàn)。而表面能是指在溫度、壓力和組成不變情況下，每增加一個(gè)單位面積時(shí)，Gibbs自由能的增加值。在固體表面上，液體的表面張力和固體的表面能都會(huì)影響液滴的形態(tài)變化。一般情況下，表面化學(xué)能高，材料本身趨于親水。表面化學(xué)能較低，材料趨于疏水。表面能越高的固體（接觸角越少）越容易被液體潤(rùn)濕。
等離子清洗提高表面能原理
等離子體的產(chǎn)生最主要靠電子去撞擊中性氣體原子，使中性氣體原子解離產(chǎn)生等離子體，等離子清洗是利用等離子體來(lái)達(dá)到常規(guī)清洗方法無(wú)法達(dá)到的效果。通過(guò)物理（化學(xué)）作用對(duì)工件表面進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)分子水平的污染物去除，從而提高工件表面活性。被清除的污染物可能有有機(jī)物、環(huán)氧樹(shù)脂、光刻膠、氧化物、微顆粒污染物等，所以等離子清洗是一種高精密清洗。等離子清洗是等離子表面改性的其中較為常見(jiàn)的一種方式。
等離子清洗會(huì)增加材料表面的粗糙度和極性基團(tuán)
等離子體中的大量離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子作用到表面，清除了表面原有污染物和雜質(zhì)，產(chǎn)生刻蝕作用，將表面變粗糙，出現(xiàn)微細(xì)坑洼，增大比表面，提高固體表面的潤(rùn)濕性能。等離子體粒子能量0~20eV，聚合物大部分鍵能0~10eV，等離子體作用到表面，可將固體表面原化學(xué)鍵產(chǎn)生斷裂，等離子體中自由基與鍵形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，激活了表面活性。如果放電氣體中引入反應(yīng)性氣體，活化材料表面會(huì)發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，引入新官能團(tuán)，如烴基、羧基等，官能團(tuán)都是活性基團(tuán)，能明顯提高材料表面活性。
從能量傳遞的角度來(lái)理解材料表面改性過(guò)程，可以認(rèn)為是等離子體中活性粒子對(duì)材料表面產(chǎn)生的刻蝕、交聯(lián)、引入官能團(tuán)等作用提高了材料的表面能，表面能一般通過(guò)測(cè)量特定液體在材料表面形成的接觸角來(lái)表征。
下圖是經(jīng)過(guò)等離子清洗的材料接觸角前后對(duì)比
等離子清洗前后接觸角對(duì)比
可以明顯看到，經(jīng)過(guò)等離子清洗后，材料表面的接觸角大幅度下降。由此可見(jiàn)，等離子清洗可大幅提高材料的表面能，表面能的提高主要由極性部分表面能的提高和粗糙度的提高所致。
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