專利名稱：一種材料表面低溫等離子體改性裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種材料表面低溫等離子體改性裝置。
背景技術(shù)：
材料表面改性處理技術(shù)是目前普遍使用的材料制備技術(shù)之一，其基本原理是在一定外界條件下，材料外部物質(zhì)與材料表面發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，從而是材料表面狀態(tài)發(fā)生變化或在材料表面生產(chǎn)新的元素和新的基團(tuán)，最終滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。目前實(shí)現(xiàn)材料表面處理的方法通常為液相反應(yīng)法，由于液相反應(yīng)法存在能耗大，對(duì)環(huán)境有污染的缺點(diǎn)，急需一種節(jié)能環(huán)保的方法來(lái)替代。低溫等離子體表面處理是在負(fù)壓(真空)下，給反應(yīng)氣體環(huán)境施加高頻電場(chǎng)，氣體在高頻電場(chǎng)的激勵(lì)下電離，產(chǎn)生等離子體。等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，其中含有大量的電子、離子和自由基等各種活性粒子，活性粒子與材料表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，從而使材料表面的結(jié)構(gòu)、成分和基團(tuán)發(fā)生變化，得到滿足實(shí)際使用要求的表面。等離子體反應(yīng)速度快、 處理效率高，而且改性僅發(fā)生在材料表面，對(duì)材料內(nèi)部本體材料的性能沒(méi)有影響，是理想的表面改性手段。在負(fù)壓狀態(tài)高頻電場(chǎng)激勵(lì)產(chǎn)生的等離子體的溫度接近于室溫，因此又稱低溫等離子體。由于其工作溫度低，所以可以處理包括塑料在內(nèi)的所有材料。在等離子體狀態(tài)反應(yīng)下，激發(fā)態(tài)粒子起到了十分重要的作用。首先激發(fā)態(tài)粒子奪取高分子主鏈上的氫原子形成自由基，然后主鏈自由基與其他激發(fā)態(tài)粒子或者自由基發(fā)生反應(yīng)，使得在高分子材料表面生產(chǎn)拒水或者親水基團(tuán)，從而使材料具有拒水或者親水性。通常，待處理樣品是放置于等離子體放電區(qū)內(nèi)的，此時(shí)等離子體狀態(tài)下的其它粒子(如電子、 離子等)在反應(yīng)過(guò)程中不斷轟擊材料表面，在材料表面引發(fā)降解和刻蝕。結(jié)果在材料表面生成了大量低分子產(chǎn)物，而且還侵蝕了材料表面。在對(duì)材料表面粗糙度要求較高的場(chǎng)合，常規(guī)等離子體處理存在表面被刻蝕的弊端。因此，在等離子體表面改性的過(guò)程中，材料表面同時(shí)發(fā)生著引入基團(tuán)反應(yīng)和降解反應(yīng)。而降解反應(yīng)是希望盡量避免的。遠(yuǎn)程等離子體可以克服以上所述常規(guī)等離子體存在的弊端，即可以實(shí)現(xiàn)材料的表面改性又避免了對(duì)材料表面的刻蝕和降解。遠(yuǎn)程等離子體是將試樣放置在遠(yuǎn)離等離子體放電區(qū)域的位置上。等離子體中包含電子、離子和激發(fā)態(tài)粒子。這些粒子在復(fù)合的過(guò)程(電子與正離子復(fù)合、正離子和負(fù)離子復(fù)合、激發(fā)態(tài)粒子和激發(fā)態(tài)粒子復(fù)合)中消失，它們的復(fù)合速率分別是10_7、10_7、10_33cm7S。 所以，在等離子體中激發(fā)態(tài)粒子比電子和離子的壽命更長(zhǎng)。遠(yuǎn)程等離子體技術(shù)正是基于等離子體氣氛中各種活性粒子的存活壽命不同的特點(diǎn)而提出的。與常規(guī)等離子體一樣，遠(yuǎn)程等離子體區(qū)含有激發(fā)態(tài)的原子、離子、分子以及分子碎片等活性粒子，但是由于處理區(qū)域與放電區(qū)域被適當(dāng)分離，短壽命的電子、離子的濃度迅速衰減，所以長(zhǎng)壽命的亞穩(wěn)態(tài)原子、活性自由基等具有化學(xué)活性的離子的濃度較高]。同時(shí)，還將電子、離子等粒子對(duì)材料表面的有害影響盡可能的降低。國(guó)內(nèi)曾見(jiàn)有關(guān)遠(yuǎn)程等離子體進(jìn)行材料表面改性的文獻(xiàn)報(bào)道，如陳杰瑢等，但其采用的是電感耦合遠(yuǎn)程等離子體的方法，該方法明顯存在以下缺點(diǎn)由于電感耦合結(jié)構(gòu)的限制，其處理腔體的體積不能做大，無(wú)法滿足工業(yè)應(yīng)用的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)利用遠(yuǎn)程等離子體批量處理材料表面，克服現(xiàn)有常規(guī)等離子體改性技術(shù)存在的不足，提供了一種即能夠?qū)崿F(xiàn)材料的表面改性又避免了對(duì)材料表面的刻蝕和降解的等離子體表面處理裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案一種材料表面低溫等離子體改性裝置，所述裝置包括抽氣口、腔體內(nèi)壁電極、內(nèi)電極、內(nèi)電極絕緣固定座、樣品托盤(pán)、樣品架支撐導(dǎo)軌、喂氣口以及等離子體發(fā)生電源組成，等離子體處理腔由腔體內(nèi)壁電極、內(nèi)電極組成，腔體內(nèi)壁電極接地；樣品架支撐導(dǎo)軌固定在內(nèi)電極上，樣品放置于樣品架上，樣品托盤(pán)由樣品架支撐導(dǎo)軌支撐，樣品位于電極組以外的內(nèi)電極圍繞的空間內(nèi)。優(yōu)選的，內(nèi)電極真空腔內(nèi)形狀相同，彼此間間距在2mm—50mm之間。優(yōu)選的，內(nèi)電極由內(nèi)電極絕緣固定座固定于真空室內(nèi)壁上，內(nèi)電極固定座為絕緣材料使內(nèi)外電極絕緣。優(yōu)選的，內(nèi)電極平面上開(kāi)有若干內(nèi)電極透氣孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。優(yōu)選的，樣品放置于樣品托盤(pán)上。優(yōu)選的，樣品托盤(pán)上開(kāi)有若干透氣孔。優(yōu)選的，樣品托盤(pán)放置于樣品架支撐導(dǎo)軌上，樣品架支撐導(dǎo)軌固定在真空室內(nèi)壁上。優(yōu)選的，樣品架支撐導(dǎo)軌由絕緣材料制作。優(yōu)選的，真空腔上設(shè)有抽氣口和喂氣口，分別位于真空腔的底部和頂部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下顯著特點(diǎn)1、遠(yuǎn)程區(qū)域中活性粒子的能量適中，等離子體聚合反應(yīng)溫和、副反應(yīng)少、可控性強(qiáng)；2、放電區(qū)域與處理區(qū)域相分離，減輕了因離子轟擊、紫外輻射及激發(fā)源(如微波) 的電磁場(chǎng)對(duì)載體材料及沉積聚合物的損傷；3、可以在敏感載體材料表面上進(jìn)行等離子體聚合；4、由于單體可以在等離子體的下游區(qū)域引入，避免了等離子體放電區(qū)域中高能態(tài)活性粒子對(duì)單體分子的直接作用；5、沉積膜的結(jié)構(gòu)容易控制，純度較高；6、降低了單體在容器壁或內(nèi)電極表面上的聚合。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
4[0029]圖中標(biāo)號(hào)為1-喂氣口2-腔體內(nèi)壁電極3-內(nèi)電極透氣孔4-內(nèi)電極5-抽氣口6-處理材料7-等離子體發(fā)生電源 8-樣品架支撐導(dǎo)軌 9-樣品托盤(pán)10-內(nèi)電極絕緣固定座
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。如圖1所示，一種材料表面低溫等離子體改性裝置，所述裝置包括抽氣口 5、腔體內(nèi)壁電極2、內(nèi)電極4、內(nèi)電極絕緣固定10座、樣品托盤(pán)9、樣品架支撐導(dǎo)軌8、喂氣口 1以及等離子體發(fā)生電源7組成，等離子體處理腔由腔體內(nèi)壁電極2、內(nèi)電極4組成，腔體內(nèi)壁電極 2接地；樣品架支撐導(dǎo)軌8固定在內(nèi)電極4上，樣品放置于樣品架上，樣品托盤(pán)9由樣品架支撐導(dǎo)軌8支撐，樣品位于電極組以外的內(nèi)電極4圍繞的空間內(nèi)。內(nèi)電極4與真空腔內(nèi)壁形狀相同，彼此間間距在2mm-—50mm之間。內(nèi)電極4由內(nèi)電極絕緣固定座10固定于真空室內(nèi)壁上，內(nèi)電極固定座10為絕緣材料使內(nèi)外電極絕緣。內(nèi)電極4平面上開(kāi)有若干內(nèi)電極透氣孔3，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。樣品放置于樣品托盤(pán)9上。樣品托盤(pán)9 上開(kāi)有若干透氣孔。樣品托盤(pán)9放置于樣品架支撐導(dǎo)軌8上，樣品架支撐導(dǎo)軌8固定在真空室內(nèi)壁上。樣品架支撐導(dǎo)軌8由絕緣材料制作。真空腔上設(shè)有抽氣口 5和喂氣口 1，分別位于真空腔的底部和頂部。采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理物料6放置于放電區(qū)之外，真空腔壁接地，真空腔內(nèi)設(shè)腔體內(nèi)電極4，腔體內(nèi)電極4接高頻電源。腔體內(nèi)電極4與真空腔內(nèi)壁形狀相同，彼此間間距在5mm—50mm之間。內(nèi)電極平面上開(kāi)孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種材料表面低溫等離子體改性裝置，所述裝置包括抽氣口、腔體內(nèi)壁電極、內(nèi)電極、內(nèi)電極絕緣固定座、樣品托盤(pán)、樣品架支撐導(dǎo)軌、喂氣口以及等離子體發(fā)生電源組成，其特征在于，等離子體處理腔由腔體內(nèi)壁電極、內(nèi)電極組成，腔體內(nèi)壁電極接地；樣品架支撐導(dǎo)軌固定在內(nèi)電極上，樣品放置于樣品架上，樣品托盤(pán)由樣品架支撐導(dǎo)軌支撐，樣品位于電極組以外的內(nèi)電極圍繞的空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，內(nèi)電極真空腔內(nèi)形狀相同，彼此間間距在2mm-—50mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，內(nèi)電極由內(nèi)電極絕緣固定座固定于真空室內(nèi)壁上，內(nèi)電極固定座為絕緣材料使內(nèi)外電極絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，內(nèi)電極平面上開(kāi)有若干內(nèi)電極透氣孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，樣品放置于樣品托盤(pán)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，樣品托盤(pán)上開(kāi)有若干透氣孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，樣品托盤(pán)放置于樣品架支撐導(dǎo)軌上，樣品架支撐導(dǎo)軌固定在真空室內(nèi)壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，樣品架支撐導(dǎo)軌由絕緣材料制作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于，真空腔上設(shè)有抽氣口和喂氣口，分別位于真空腔的底部和頂部。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種材料表面低溫等離子體改性裝置，所述裝置包括抽氣口、腔體內(nèi)壁電極、內(nèi)電極、內(nèi)電極絕緣固定座、樣品托盤(pán)、樣品架支撐導(dǎo)軌、喂氣口以及等離子體發(fā)生電源組成。等離子體處理腔由腔體外壁電極、內(nèi)電極組成，外壁電極接地；樣品架支撐導(dǎo)軌固定在內(nèi)電極上，樣品放置于樣品架上，樣品托盤(pán)由樣品架導(dǎo)軌支撐，樣品位于電極組以外的內(nèi)電極圍繞的空間內(nèi)。本實(shí)用新型所述裝置，等離子體聚合反應(yīng)溫和、副反應(yīng)少、可控性強(qiáng)，極大地滿足了工業(yè)生產(chǎn)的需要。
文檔編號(hào)B01J19/08GK202238033SQ20112033371
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者王紅衛(wèi) 申請(qǐng)人:蘇州市奧普斯等離子體科技有限公司