等离子体处理纳米材料的优势

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-04-17

纳米材料是指在3D中至少有1D处于纳米尺度范围（1-100nm），因为尺寸接近电子的相干长度、尺度接近光的波长和具有大表面的特殊效应，所以它的特性（熔点、磁性、光学、导热和导电特性等）不同于宏观状态（大块固体）表现的特性。纳米粒子异于大块物质主要是因为其表面积相对增大，超微粒子的表面布满了阶梯状结构，拥有高表面能的不安定原子，极易与外来原子吸附键结，这样就缩小粒径而提供了大表面的活性原子。纳米材料在应用时可以直接使用，被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂，因为其优越的比表面积与活性可以有效地提高催化效率和反应效率。例如，超细的银粉、镍粉轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极，可以增大接触面积，增加电池效率，便于电池的小型化。纳米技术包括纳米材料技术及纳米加工技术。纳米材料技术着重于生产纳米功能性材料（如超微粉、镀膜、纳改性材料等）和性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等）。纳米加工技术则主要有精密加工技术（能量束加工等）和扫描探针技术。

等离子体处理纳米材料的优势

低温等离子体技术具有高效、常温、环境友好等突出性能并成为当前一种有效制备材料的手段，并广泛应用在燃料电池、传感器、环境污染物治理、生物医学等方面。特别是，等离子体处理材料的表面改性，可以使材料具有新的性能，经过等离子体处理后，可以提高光电材料表面的功函数，广泛应用于生物医用材料及光电材料领域。

与其他种类的单质气体不同，等离子体包括三种粒子：自由电子，正离子和中性粒子。实验室的等离子体依据电子和离子的温度可以把等离子体分为两种：热等离子体和低温等离子体。在轻度的等离子体电离系统中，离子的温度远远低于等离子体的温度，所以被称为低温等离子体，温度不超过5000K；但在强等离子体电离系统中，电子的温度和离子的温度都非常高，因此被称为热等离子体，温度一般可以达到45000K，被应用于人工可控磁约束聚变，此反应发生在托卡马克、恒星旋转装置中，但这与材料的合成几乎没有关系。在低温等离子体中，电子经过各种碰撞使粒子发生离解，电离和激发，最终在等离子体中形成各种粒子并应用于沉积等工艺过程中。比如（1）高能离子，溅射材料和加热衬底；（2）电子，使化学反应发生；（3）光子，加热衬底和引起光化学反应；（4）高活性自由基，沉积衬底或腐蚀材料；（5）未离解的部分气体，沉积在衬底并发生反应。这些粒子使等离子体比基态沾物种更加活跃，因此。可以不用高温加热来就可以使有些需要高温才反应的物质发生化学反应。与其他方法相比低温等离子体技术具有很多独一无二的特性：如高能粒子密度、低能需求、强催化剂活性化、操作时间短和无污染等。它可以使材料表面而得以改善而不改变其本质。但高温处理法就可以使材料本质发生改变。而且，不同种类的气体都可以作为等离子体源，有些气体作为等离子体源可以产生许多元素来调整碳纳米管的和石墨烯的性能，被称为“催化剂”。等离子体中的高能电子可以诱发自由基在常温常压下不易发生反应的前体和产物。低温等离子体沉积的优势主要是因为电子的速度大于离子的速度，所以，等离子体比一般的处在等离子体区域中待处理的物质更活跃，就在物质表面形成了薄鞘层，产生了电势和电场，离子和电子就在鞘层区加速轰击表面是薄膜密度增加而且也无污染，进而提高了材料的性能。所以等离子体中的化学反应更易于实现和控制而且无污染。大量的研宄表明：用等离子体合成的物质性能比一般的化学方法合成的性能好。这使等离子体技术在将来的化学领域占据了越来越重要的位置，特别是在微观科学界和纳米材料方面被视为最有潜力的技术。

等离子体处理一般的材料只局限于表面，若要将材料充分处理，需要将材料制成非常薄的膜状结构，厚度将近于数个原子尺寸级别的，要达到这种效果不论在技术上还是成本上都是非常困难的。随着纳米技术的发展，纳米颗粒材料也不断吸引着许多领域科学家的眼球，尤其是其具有1-100nm的尺寸，而且粒子间可以更好地运动，原子间隙大的原子个数也比一般的材料中的粒子间的距离大的原子数多很多，比表面积也大很多。这种结构大大提高了等离子体处理材料的效果。因为等离子体实质是电子、原子和中性粒子间的各种反应，纳米材料在在等离子体处理过程中加大了粒子间的反应接触面积，使反应更加有效地，充分地进行。等离子体可以改变纳米材料因放置和热处理发生的凝聚和团聚，因为纳米材料的团聚会影响纳米材料的本来的优越活性。传统的纳米材料的表面改性可分为（1）表面覆盖改性，借助表面活性剂将高分子物质，无机物，有机物等新物质覆盖于粒子表面，改变粒子表面的性质。（2）外膜层改性，通过给粒子表面包裹一层其他不同物质的薄膜，来改变离子表面性能。（3）表面化学接枝改性，通过在粒子表面接枝不同功能的基团来改变粒子表面性能。（4）机械化学改性，通过粉碎摩擦来改变粒子表面性能。（5）高能量表面改性，通过高能电晕放电、紫外线、等离子体射线对粒子表面进行改性。（6）沉积反应进行表面改性。

等离子体作为物质的第四态以它独特的形式存在于整个宇宙中。它的性质、放电原理、放电装置决定了它在各个领域的应用，特别是在光学，纳米材料等领域的应用。等离子体处理表面的厚度仅由几纳米到几十纳米，不会对材料本体产生任何影响，对环境友好，无污染。有研宄表明，等离子体在处理材料时会在材料表面产生自由基。低温等离子体处理纳米粉体材料的方法就是在其表面引入活性基团，引发接枝聚合反应，并使材料的表面性能得以改善。

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