材料表面与界面-6.ppt

5 薄膜厚度 6 深度分布 7 3俄歇光电子能谱 7 2 1测试原理 1 和激发源无关2 至少两个能级三个电子参与 原子序数 实验值在和之间 测试厚度 金属0 5 2nm氧化物1 3nm有机物和聚合物1 3nm 测试面积 7 100nm 7 3 2俄歇电子能谱镨图 7 3 3俄歇电子能谱功能 表面元素组成的定性 定量分析 表面元素键合状态的定性 定量分析 表面元素的分布 表面元素分布图 样品元素深度分布 7 4红外光镨 衰减全反射 ATRattenuatedtotalreflectance 7 4 1入射临界角 入射角 折射角 7 4 2入射深度 2 4 3应用 本体相与表面相差别很大 如 表面镀层 衬底上的薄膜 衬底上的单分子层 第八章材料表面改性 8 1物理方法改性 8 1 1火焰处理 原理和方法 用可燃气体的氧化焰瞬时灼烧聚合物表面 一般采用采用1000 2800 的火焰处理0 01 10s 一般 0 1s 可燃气体为 天然气 煤气 液化气 应用 聚烯烃 特别是聚乙烯 聚丙烯 功效 材料表面引入含氧基团 提高表面张力 影响因素 可燃性气体与空气的比例 聚乙烯表面氧含量与空气 天然气比例的关系 聚乙烯表面接触角与空气 天然气比例的关系 火焰强度 气体总流量 聚乙烯表面氧含量与气流量的关系 聚乙烯表面接触角与总气流量的关系 材料表面与火焰的距离 最佳距离0 5 1 0厘米 处理时间 处理时间短氧含量低 处理效果不明显 处理时间长制品容易变形 分解 8 1 2电晕处理 原理和方法 空气中高压放电使空气发生电离 电离后的各种粒子在高频交变电场的作用下高速冲击两极间的材料表面 一般电压为1 20kV 应用 聚合物薄膜 功效 1 材料表面分子键断裂2 引入含氧基团表面能增加 接触角减小 特别是 1mm的薄膜 影响因素 电压 一般电压升高 处理效果增强处理材料表面的厚度决定电压薄膜一般在15kV 电流 输出电流增加 处理效果增强 当输出电流达到某临界值后 电晕处理的效果增加不多 聚乙烯表面处理输出电流与聚乙烯表面张力的关系 电极与材料的缝隙 通常1 2毫米 处理时间 缝隙大 处理的范围大 处理效率高 缝隙小 处理强度高 处理时间过长 薄膜表层老化 粘附性下降 光泽变差 薄膜容易粘连 8 1 3冷等离子体处理 等离子体 一种气体 含带负电荷 正电荷 激发态粒子 总电荷为零 热等离子体 温度105 108K 由电弧 电火化等产生 冷等离子体 温度102 105K 由低压 高频电场激发电子 温度104 105K 撞击稀薄气体产生 功效 特点 1 仅在材料的表面层 10nm 发生作用 2 作用时间短 几秒到几十秒 效率高 3 可以进行各种改性 4 工艺简单 操作方便 表面交联 惰性气体下 Ar He H2 P P O2气氛下 表面基团导入 OH O2 COOH F气氛下 HF F2 还可在N2 NH3 CO等气氛下进行等离子反应 导入相应基团 反应性单体和其他载气组成气氛下进行等离子体处理 等离子体气相沉积 等离子体处理后的材料 在真空下充入单体 在材料表面上接枝 等离子体表面接枝 P P M 单体 丙烯酸 酯 甲基丙烯酸 酯 丙烯氰 8 1 4化学镀 原理和方法 利用化学还原方法在非金属材料表面沉集金属层 工艺流程 粗化活化化学镀 镀铜 镀镍 镀银 8 1 5其他表面处理方法 1 射线处理 x射线 射线 电子束 离子束等 作用 表面石墨化 增加导电性 耐磨性 生物相容性 2 气相沉积 贱射 离子束等轰击金属表面 使金属原子蒸发 然后沉积到材料表面上 物理蒸气沉积 PVD 加热或贱射使金属原子蒸发 然后沉积到材料表面上 化学蒸气沉积 CVD 将金属氧化物还原成金属原子 然后沉积到材料表面上 8 2 化学方法改性 8 2 1表面化学反应 1 固液界面反应 成熟技术 含氟化合物表面处理 方法 萘 Na氨 Na溶液浸泡 功效 切断F C键 形成 处理厚度1 m 2 表面氧化 处理聚乙烯 聚丙烯 ABS等 反应速度 3 表面氯化 天然橡胶瓶塞 胶辊等进行表面处理 增加表面硬度 以及与油墨的亲和性 4 表面水解 用热NaOH处理PET PA等 增加材料亲水性 5 表面接枝马来酸酐 常用于聚丙烯 合成橡胶 提高材料的极性 8 2 2表面接枝 1 光接枝 hv M 2 氧化还原接枝 M 3 等离子体表面接枝 4 表面活性中心 CuCl CuCl2 St 8 2 3偶联剂 钛酸酯偶联剂 硅烷偶联剂 8 3 体相改性 8 3 1共混物表面 1 表面张力影响 只讨论聚合物表面结构的影响 PS d PS共混体系66 33 PS d PS成分完全一样 184 退火 3天 11天 31天 45天 低表面能物质表面富集 PS PVME共混体系50 50 表面组成 PVME95 PS5 表面富集越明显 2 分子量影响 PS PVME共混体系50 50 MWps517 127000 MWpvme99000 3 成型条件影响 PVC PMMA共混体系 THF为溶剂 非均相膜 PMMA表面富集 MEK为溶剂 均相膜 PMMA表面微富集 8 3 2嵌段共聚物表面 嵌段共聚物形态 20 球状20 40 圆柱状40 60 层状 PS PDMS嵌段共聚物 1 组分表面张力影响 20 100 2 组分表面能