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​材料表面等离子体处理及其特点

文章出处:公司新闻 关注:140 发布日期:2021-06-24 16:17:11

等离子体状态是物质存在的基本形式之一,是不同于气体、液体和固体的物质第四态,是离子、电子、原子、分子和自由基等粒子组成的集合体。电子通过电场加速给以能量,物质被解离成阴,阳离子,此时整个体系中阴,阳离子总电荷相等,对外呈电中性,因此称为等离子体。近年来,等离子体技术在材料、微电子、化工、机械及环保等众多学科领域中得到了广泛地应用。


组成粒子、粒子密度和粒子温度是等离子体状态的三要素。根据等离子体中电子温度和粒子温度的大小关系可以将等离子体分为两类即:高温等离子体和低温等离子体。低温等离子体又分为热平衡等离子体(简称热等离子体)和非平衡等离子体(又称冷等离子体)。热等离子体中电子温度和离子温度相同,易以局域热平衡状态存在,等离子体温度较高,一般在大气压或高气压条件下产生的。因其特性,热等离子体广泛应用于等离子体喷涂、冶金、合成、磁流体发电、焊接等领域。冷等离子体中电子温度和离子温度不相同,其电子温度较高但离子温度只有数百K,整体宏观温度低。冷等离子体一方面具有足够电子能量使反应物激发、离解和电离,实现普通化学反应无法进行的反应;另一方面反应体系可以保持低温。因此低温等离子体的应用范围较为广泛。如利用气体放电制备高效特种光源、材料表面渗氮处理、制备聚合膜和功能性薄膜、表面处理、离子刻蚀、处理挥发性气体、杀菌、催化、处理废水等。


材料表面等离子体处理及其特点


材料表面等离子处理就是让等离子体与材料表面接触,在等离子体作用下改变材料表面性能。等离子体表面处理通常采用非聚合性气体如Ar、N2、H2、O2等,参与等离子体表面处理反应。


电子在等离子体活性粒子中质量小、运动速度快、能量高。电子和表面的相互作用主要的表现有三种:电子轰击引起的二次电子发射,电子轰击物体表面促使物体表面的吸附分子解离和电子诱导的化学反应等。


离子和表面反应分为三类:离子在物体表面的复合和离子入射物体表面引发二次电子发射、离子注入物体表面内部将动量传递给晶格原子致使晶格原子激发或电离,入射离子被物体表面反射或捕获同时入射离子的轰击还可能是物体表面溅射出粒子、离子诱导表面化学发应等。


自由基和原子与表面的相互作用,主要是自由基和原子易被化学吸附在对其母体分子呈惰性的表面上。对于电子碰撞激发的亚稳态分子易被解激发,解激发有可能导致化学反应和脱附。


材料表面等离子处理属于干式工艺,可以节省能源、无公害。同时等离子体可以处理各种形状的材料,其处理时间短、效率高。另外,材料表面等离子处理仅限于表面几到几百个纳米的范围内,在改善材料表面性能的同时不改变材料本质特性。


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