材料表面等离子体羟基化改性-深圳纳恩科技有限公司

等离子体羟基化

等离子体是由电离了的气体组成，主要包括电子、离子、分子、中性基团等气体团，总体上呈现电中性，称为物质的“第四态”。等离子体在宇宙中广泛存在，如太阳等恒星、极光、闪电等中;由于地球上温度低，故天然等离子体在地球上很难稳定存在，常使用人工气体放电方法产生稳定可控的低温等离子体，常用的气体放电方法有辉光放电、介质阻挡放电、电晕放电、射流放电等。低温等离子体具有大量高能活性粒子，可以使反应物分子产生激发、电离或断键，在材料表面产生刻蚀、交联或聚合等一系列的理化反应，在材料表面改性方面具有良好的应用前景。

羟基化方法

表面羟基化是指向样品表面引入-OH的反应，羟基化处理可使衬底表面活性增加，亲水性增强。衬底表面羟基化的方法分为干法和湿法两类。

1）干法羟基化
干法羟基化技术（等离子体羟基化）是通过一些气体对样品表面进行等离子体处理，包括H2O、O2、O2/O3、O2/H2O2、空气等，这样可以使样品表面产生一些提升其亲水性的含氧官能团，例如羟基。等离子清洗机属于干式清洗，它的工作模式是利用一些活性粒子去除样品表面的无机污染物、弱键、典型-CH基有机污染物和氧化物。整个过程耗费时间较短，效率较高，能在去除样品表面污染物的同时提升表面亲水性能，且不会产生工业废料，较为环保，操作起来较为安全。最重要的是这种方法仅在样品表面数量级非常小的厚度范围内发生反应，不会损害样品内部，且处理过程在整个表面都比较均匀。

高分子聚合物等离子体羟基化改性反应过程示意图

2）湿法羟基化
湿法技术采用的是化学试剂。一般浓度较高的酸碱溶液都具有强烈的腐蚀性，它们可以溶解和腐蚀掉衬底表面的有机物和金属杂质，离解出衬底表面的Na+、K+、Ca2+等阳离子，同时使表面键合断键成为Si-OH基团。常被用做羟基化的碱性溶液有氢氧化钠溶液、氨水双氧水溶液等。而提到做羟基化处理的酸性溶液，食人鱼溶液常常被作为首选，它是浓硫酸(95%-98%)与过氧化氢(30%)的混合产物，比例较为多样，一般为3:1(V:V)、7:3(V:V)等。

食人鱼溶液也是湿法羟基化处理中最常用的一种试剂，它可以在样品表面的污染物去除的同时，将样品表面羟基化。而食人鱼之所以能够在将样品清洗得极为彻底的同时，还能使样品羟基化效果达到最佳，是因为组成食人鱼的材料为强酸和强氧化性溶液，这也是它总被用来做羟基化试剂的主要原因。食人鱼溶液的清洗原理可表示为：H2SO4+H2O2→H3O+HSO4^-+O。因此，食人鱼溶液除了能让样品表面的杂质氧化、脱除，从而除掉样品表面的污染物，还可以将样品表面羟基化。

等离子体羟基化，既可得到基片较高的羟基化率，又对基片表面影响较小。湿法羟基化存在废液处理问题，等离子处理法属于干式工艺，几乎不产生有害气体或液体。