[发明专利]DBD低温等离子体产生装置及聚合物薄膜表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，具体地，涉及一种DBD低温等离子体产生装置及聚合物薄膜表面处理方法。

背景技术

聚合物薄膜普遍具有良好的电气绝缘性能，如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等，已被广泛应用于电气、电工、电子、化工等工业领域，但大部分薄膜表面亲水性较差且耐高温能力较差，所以需要对其运用温和且有效的处理方法。使用介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge，DBD）产生的低温等离子体具有很好的非平衡性，如温和的气体温度及较高的电子温度，非常适合对聚合物薄膜材料进行表面处理。

有关低温非平衡等离子体在聚合物薄膜表面处理的应用研究已经得到了广泛关注及开展，相比于化学处理等方法，低温等离子体具有无污染、处理时间段、耗能少、处理效率高等优点。低温等离子体具有许多活性粒子，如光子、电子、离子、激发态粒子及其他中性粒子，这些粒子与聚合物薄膜表面相互作用时只发生在薄膜的表层，不会改变薄膜本身的特性。

适用于聚合物薄膜表面处理工业应用的等离子体应具有大面积、大体积及均匀等特点，研究结果表明介质阻挡放电等离子体反应器结构、电极材料、工作气体、功率源等构成均是影响低温等离子体特性的重要因素，其中用于聚合物薄膜表面处理的DBD反应器多为平行平板型或圆柱型，通过改变电极及介质材料、结构等特点尚未完全实现大面积的薄膜处理，目前尚停留在实验室研究阶段。

现有的用于聚合物薄膜材料表面处理的DBD反应器，处理时须将薄膜样品紧贴于介质层的表面，与等离子体接触的一面得到改性。通常平行平板型等离子体反应器由两个金属电极以及金属电极间的一层或两层介质层组成，通过对金属电极施加电压只能在两介质层间形成低温等离子体，限制了均匀等离子体大体积大面积的形成，且限制了大面积聚合物薄膜处理的实现。如果增加电极面积则极易导致等离子体的不均匀性，极易损坏介质层及薄膜材料，导致处理效果较差，处理效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种DBD低温等离子体产生装置，该装置具有多层介质板，单次处理的薄膜材料面积得到较大增加，本发明还提供了使用该DBD低温等离子体产生装置对聚合物薄膜进行表面处理的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

DBD低温等离子体产生装置，包括功率源和DBD等离子体反应器，所述DBD等离子体反应器的反应室内设置有2个金属电极，其中一个金属电极连接功率源的高压输出端，另一个金属电极接地，2个金属电极相对的两个端面相互平行，两个金属电极之间设置有至少3层介质板，相邻介质板之间具有间隙。

优选的，上述间隙的宽度为0.5mm-3mm。

作为本发明的进一步改进，相邻介质板之间设置有垫片，该垫片将相邻两个介质板隔开，使相邻的两个介质板之间形成上述间隙。

优选的，上述介质板呈矩形状，相邻介质板之间设置有4个垫片，4个垫片分别位于介质板的四个角上。

进一步，所述金属电极为平板电极或圆柱形电极。

进一步，所述金属电极为圆形平板状铜电极，直径为120mm-140mm，电极边缘具有3mm-6mm倒角，所述介质板采用石英介质板。

作为本发明的又一改进，上述DBD低温等离子体产生装置，还包括气瓶、电阻分压器和取样电阻；所述DBD等离子体反应器的反应室设置有进气口和排气口，该进气口通过进气管路与气瓶相连，进气管路上还设置有流量计；所述电阻分压器的输入端连接在功率源的高压输出端和与功率源的高压输出端相连的金属电极之间；未与功率源的高压输出端相连的金属电极通过取样电阻接地。

聚合物薄膜表面处理方法，采用上述任一方案中的DBD低温等离子体产生装置进行处理，具体包括以下步骤：

S1、DBD等离子体反应器通电，在所有介质板之间形成稳定的放电低温等离子体；

S2、DBD等离子体反应器断电，取出介质板，将待处理的聚合物薄膜贴到介质板表面上，其中，靠近金属电极的2个介质板仅在远离金属电极的一个表面上贴聚合物薄膜，其余介质板两个表面均贴聚合物薄膜，聚合物薄膜与介质板之间无气泡；

S3、将贴好聚合物薄膜的介质板放回到DBD等离子体反应器的反应室中；

S4、DBD等离子体反应器再次通电，对聚合物薄膜进行表面处理；

S5、处理完毕后，取出介质板，取下聚合物薄膜。

进一步，在将待处理的聚合物薄膜在贴到介质板表面之前还进行了以下处理：