等離子體活化親水性鍵合

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：2025-01-18

等離子體活化是一種利用等離子體處理來改善材料表面親水性的方法,它可以在基片表面上引入功能基團(如羥基),從而增加表面能和化學(xué)親和力。在低壓下,通過施加高頻電壓來激發(fā)反應(yīng)氣體(如氧氣、氮氣、氬氣等)產(chǎn)生等離子體。隨后,等離子體中的高能電子與反應(yīng)氣體分子發(fā)生非彈性碰撞,形成高活性的物質(zhì),如自由基、原子、分子和離子,高活性的物質(zhì)與被處理的材料表面發(fā)生吸附、反應(yīng)或刻蝕,從而清除表面污染物,去除弱邊界層,改變表面形貌,并沉積功能化基團,因此等離子體活化也有清洗表面的功能。

等離子體活化只需要通入氣體,無需使用其他化學(xué)試劑,并且工藝溫度低,可以避免高溫對材料造成損傷,通過調(diào)節(jié)氣體種類、氣體流量、功率和活化時間等參數(shù)可以靈活控制表面基團種類和激活效率。

等離子體活化親水性鍵合原理

等離子體活化親水性鍵合是通過等離子體轟擊去除鍵合表面上的氧化膜和污染物,然后在連接原子的鍵合界面上形成懸掛鍵,通過鍵合界面相互接觸進行懸掛鍵之間的原子級鍵合,可以實現(xiàn)不同材料之間的鍵合,如圖1所示。

等離子活化親水鍵合技術(shù)原理圖

通常材料之間的鍵合是通過吸附在材料表面的水分子之間形成的氫鍵以及等離子體活化過程中產(chǎn)生的活性基團之間的范德華力實現(xiàn)的,其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：
A-OH+A-OH→A-O-A+H2O
其中經(jīng)過反應(yīng)的氫鍵以及范德華力會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣矁r鍵,產(chǎn)生更大的結(jié)合能,從而提升了鍵合強度,最終完成不同材料之間的鍵合過程。

將等離子體活化后的基片進行親水性鍵合。親水性鍵合前,通過對樣品的清潔、活化等工藝,使其表面具有高密度的羥基集團,然后將兩個表面緊密貼合在一起,并施加壓力,水分子在兩個表面之間橋接形成氫鍵網(wǎng)絡(luò),親水性鍵合可以實現(xiàn)較高強度的鍵合,也可以避免高溫處理對材料造成損傷,同時,它也能夠?qū)崿F(xiàn)不同種類、不同晶相的材料之間的鍵合,例如硅、玻璃、金屬等。在鍵合后,需要對鍵合片進行退火處理,通過排除鍵合界面殘留的水分子或氣體來增強鍵合強度。