[实用新型]一种材料表面低温等离子体改性装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种材料表面低温等离子体改性装置。 

背景技术

材料表面改性处理技术是目前普遍使用的材料制备技术之一，其基本原理是在一定外界条件下，材料外部物质与材料表面发生物理或化学反应，从而是材料表面状态发生变化或在材料表面生产新的元素和新的基团，最终满足实际应用的需要。目前实现材料表面处理的方法通常为液相反应法，由于液相反应法存在能耗大，对环境有污染的缺点，急需一种节能环保的方法来替代。 

低温等离子体表面处理是：在负压(真空)下，给反应气体环境施加高频电场，气体在高频电场的激励下电离，产生等离子体。等离子体是物质的第四态，其中含有大量的电子、离子和自由基等各种活性粒子，活性粒子与材料表面发生物理和化学反应，从而使材料表面的结构、成分和基团发生变化，得到满足实际使用要求的表面。等离子体反应速度快、处理效率高，而且改性仅发生在材料表面，对材料内部本体材料的性能没有影响，是理想的表面改性手段。 

在负压状态高频电场激励产生的等离子体的温度接近于室温，因此又称低温等离子体。由于其工作温度低，所以可以处理包括塑料在内的所有材料。 

在等离子体状态反应下，激发态粒子起到了十分重要的作用。首先激发 态粒子夺取高分子主链上的氢原子形成自由基，然后主链自由基与其他激发态粒子或者自由基发生反应，使得在高分子材料表面生产拒水或者亲水基团，从而使材料具有拒水或者亲水性。通常，待处理样品是放置于等离子体放电区内的，此时等离子体状态下的其它粒子(如电子、离子等)在反应过程中不断轰击材料表面，在材料表面引发降解和刻蚀。结果在材料表面生成了大量低分子产物，而且还侵蚀了材料表面。在对材料表面粗糙度要求较高的场合，常规等离子体处理存在表面被刻蚀的弊端。 

因此，在等离子体表面改性的过程中，材料表面同时发生着引入基团反应和降解反应。而降解反应是希望尽量避免的。 

远程等离子体可以克服以上所述常规等离子体存在的弊端，即可以实现材料的表面改性又避免了对材料表面的刻蚀和降解。 

远程等离子体是将试样放置在远离等离子体放电区域的位置上。等离子体中包含电子、离子和激发态粒子。这些粒子在复合的过程(电子与正离子复合、正离子和负离子复合、激发态粒子和激发态粒子复合)中消失，它们的复合速率分别是：10^-7、10^-7、10^-33cm³/s。所以，在等离子体中激发态粒子比电子和离子的寿命更长。远程等离子体技术正是基于等离子体气氛中各种活性粒子的存活寿命不同的特点而提出的。与常规等离子体一样，远程等离子体区含有激发态的原子、离子、分子以及分子碎片等活性粒子，但是由于处理区域与放电区域被适当分离，短寿命的电子、离子的浓度迅速衰减，所以长寿命的亚稳态原子、活性自由基等具有化学活性的离子的浓度较高]。同时，还将电子、离子等粒子对材料表面的有害影响尽可能的降低。 

国内曾见有关远程等离子体进行材料表面改性的文献报道，如陈杰瑢等，但其采用的是电感耦合远程等离子体的方法，该方法明显存在以下缺点：由于电感耦合结构的限制，其处理腔体的体积不能做大，无法满足工业应用的需要。 

实用新型内容

为了实现利用远程等离子体批量处理材料表面，克服现有常规等离子体改性技术存在的不足，提供了一种即能够实现材料的表面改性又避免了对材料表面的刻蚀和降解的等离子体表面处理装置。 

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案： 

一种材料表面低温等离子体改性装置，所述装置包括抽气口、腔体内壁电极、内电极、内电极绝缘固定座、样品托盘、样品架支撑导轨、喂气口以及等离子体发生电源组成，等离子体处理腔由腔体内壁电极、内电极组成，腔体内壁电极接地；样品架支撑导轨固定在内电极上，样品放置于样品架上，样品托盘由样品架支撑导轨支撑，样品位于电极组以外的内电极围绕的空间内。 

优选的，内电极真空腔内形状相同，彼此间间距在2mm---50mm之间。 

优选的，内电极由内电极绝缘固定座固定于真空室内壁上，内电极固定座为绝缘材料使内外电极绝缘。 

优选的，内电极平面上开有若干内电极透气孔，以利于气体分布和各种活性粒子的流通。 

优选的，样品放置于样品托盘上。 

优选的，样品托盘上开有若干透气孔。 

优选的，样品托盘放置于样品架支撑导轨上，样品架支撑导轨固定在真空室内壁上。