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對金屬和耐火復合材料表面的清洗, 如果處理得當, 可以去除物理吸附的污染物, 對被清洗表面的不利影響很小. 然而, 對聚合物表面的類似清洗可如增加表面電導率、改善醫用植入物的生物相容性或使應用于該表面的薄膜的化學結合成為可能等效果.
與金屬或常見難熔化合物相比, 聚合物中的原子鍵變化更大. 從大多數聚合物有限的溫度能力可以看出這些鍵很弱.
多元素和相對弱鍵導致的過程比金屬和難熔化合物要復雜得多. 暴露出具有不同鍵合能力的不同元素被稱為功能化、激活或產生自由基或懸垂鍵.
下面我們簡單介紹 KRI 離子源用于清潔表面時, 如何選擇應用的最佳氣體, 使用不同氣體對聚合物基質的影響.
氬
在一定的離子能量范圍內研究了氬離子對聚合物基質的影響. 在不同的能量下, 效果通常是相似的, 但是影響層的厚度和傷害率都隨著能量的增加而增加. 這一觀察結果是由濺射產物在一定能量范圍內的相似性所顯示的, 許多產物是小的原子團簇(例如, C2H2). 此外, 在高能條件下有利于形成非晶態石墨層. 為了獲得良好的附著力, 主要目標是激活薄的表面層, 使其對層下的大塊材料的損害最小, 這意味著離子能量小于100 eV. 然而, 高能量效應的一般相似性表明, 高能量研究可以擴展對<100 eV范圍的理解.
隨著 Ar+劑量的增加, x射線光電子能譜最常見的觀察結果是 C=O鍵的減少和表面附近非晶態石墨化碳的增加. 濺射產率往往很高——硝基纖維素在100 eV時可高達 30. 在被激活的聚合物表面沉積的Ti薄膜的界面附近檢測 TiC表明了活性炭位點在粘附中的重要性. 表面活化的最佳劑量是足以獲得大部分或全部所需特性或結構的劑量. (這與最佳清洗劑量的定義是一致的, 除了所需的特性可以是潔凈度以外的. )在<100 eV時, 還沒有優化的實驗數據, 但在 500 eV和2kev下的研究都給出了幾個優化值, 這些優化值在標準清洗劑量 1015 ions/cm2的兩倍范圍內.
這些優化是基于表面碳鍵的可用性或沉積在該表面的膜的實驗附著力.
在不知道所需離子劑量的情況下, 可以嘗試清洗聚合物. 在這種情況下, 后來的計算有時顯示清洗劑量為每平方厘米1015個離子的100倍或更多. 如此大量的清潔劑量可導致低發射率碳的積累, 同時清除通常是氣態產物, 如 H、O和n. 活化碳結合位點往往是可取的, 但用石墨層覆蓋表面很少有用.
氧氣
在一定的離子能量范圍內, 研究了將氧與聚合物基質結合使用的效果. 濺射的產物一般與氬相似, 乙炔(C2H2)同樣重要. 在<100 eV時, 濺射產率是不可得的, 但在500 eV和1kev時的氧值大約比氬氣時大10倍. 含氧濺射產額的大幅增加表明濺射過程中存在大量的活性成分, 該活性成分在<100 eV時可能仍然存在. 氧在<100 eV時的高濺射產率反過來表明1015 ions/cm2 的劑量應該是足夠的.
與氬相比, 需要更高的離子能量來形成含氧的碳質層. 除了離子束特性外, 碳質層的形成可能還取決于氧的背景壓力. 模擬氧蝕刻過程表明, 如果氧足夠, 接近統一覆蓋的蝕刻表面氧, 這種覆蓋在x射線光電子能譜中并不明顯, 但是x射線光電子能譜在最上面幾層上的平均可以掩蓋這種效果.
氮
一項使用 60-100 eV氮離子處理聚丙烯表面的研究表明, 最佳劑量接近 1015 ions/cm2.
這種處理使表面氮/碳比約為 0.11. 在 60-100 eV范圍內也存在能量變化的影響, 但這種變化的部分原因可能是由于聚合物缺乏均勻性.
現有資料表明, 聚合物的清潔/活化劑量需要保持在 1015 ions/cm2 (1.6×10-4 C/cm2)附近, 可能不超過該值的兩倍. 有限的數據和最小化聚合物表面下損傷的合理目標都表明離子能量應該小于 100 eV. 由于活化效應的范圍很廣, 可能必須通過實驗來確定一種新應用的最佳氣體.
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