PLASMA等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài),也叫第四種狀態(tài)(通常物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)存在),是利用高壓電源在一定的壓力條件下對(duì)氣體施加足夠的能量而產(chǎn)生。PLASMA等離子體狀態(tài)中存在下列物質(zhì):處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子,處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(tuán)(自由基),離子化的原子、分子,未反應(yīng)的分子、原子等,但物質(zhì)在總體上仍保持電中性狀態(tài)。
PLASMA等離子體性質(zhì)主要與等離子體激發(fā)頻率有關(guān),國(guó)際常用的有三種激發(fā)頻率:40KHz、13.56MHz和2.45GHz,采用這三種激發(fā)頻率的真空等離子處理儀分別是廣州善準(zhǔn)科技有限公司的VP-S、VP-R/RS和VP-Q系列,不同激發(fā)頻率的等離子體對(duì)材料處理的效果不同,因此,掌握PLASMA的工作原理對(duì)我們深入了解等離子體技術(shù)有很大幫助。
硅片-PLASMA親水性處理(真空等離子處理儀VP-RS8) 二氧化硅-等離子處理(真空等離子處理儀VP-R5)
一、激活鍵能-交聯(lián)作用
PLASMA等離子體中的粒子能量在0~20eV,而聚合物中大部分的鍵能在0~10eV,因此等離子體作用到樣品表面后,可以使樣品表面原有的化學(xué)鍵(C=C、C=O、C=N、Si-Si、Si-O等)產(chǎn)生斷裂,PLASMA等離子體中的自由基與這些鍵形成網(wǎng)狀的交聯(lián)結(jié)構(gòu),大大地激活了表面活性。
二、對(duì)材料表面轟擊刻蝕-物理作用
物理作用其反應(yīng)機(jī)理主要是利用PLASMA等離子體里大量的離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子作純物理的撞擊,把材料表面的原子或附著在表面的原子打掉,不但清除了材料表面原有的污染物和雜質(zhì),還會(huì)產(chǎn)生刻蝕作用,將材料表面變“粗糙”,形成許多微細(xì)坑洼、溝壑,增大了材料表面的比表面積,提高材料表面的潤(rùn)濕性能。由于離子在壓力較低時(shí)的平均自由基較長(zhǎng),得到能量的累積,因而在物理撞擊時(shí),離子的能量越高,越是有更多的能量作撞擊,所以若要以物理作用為主時(shí),就必須控制在較低的壓力下進(jìn)行反應(yīng),為了保證真空等離子處理儀腔體內(nèi)較低的壓力,需要持續(xù)通入空氣或者其他惰性氣體(氬氣、氦氣等),這樣處理效果較好。物理作用下的等離子處理適用于玻璃、陶瓷、金屬等材料,推薦使用等離子體激發(fā)頻率40KHz 的VP-S系列或者13.56MHz的VP-R/RS系列真空等離子處理儀。
玻璃基片-物理作用下的等離子處理(真空等離子處理儀VP-S5) ITO導(dǎo)電玻璃-等離子處理(真空等離子處理儀VP-R3)
三、形成新的官能團(tuán)-化學(xué)作用
化學(xué)作用其反應(yīng)機(jī)理主要是利用PLASMA等離子體里的自由基與材料表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),頻率和壓力較高時(shí),對(duì)自由基的產(chǎn)生較有利,所以若要以化學(xué)反應(yīng)為主時(shí),就必須配備較高的頻率和較高的壓力來進(jìn)行反應(yīng)。
在化學(xué)反應(yīng)里常用的氣體有氫氣(H2)、氧氣(O2)、甲烷(CH4)、四氟化碳(CF4)、氨氣(NH3)等,這些氣體在真空等離子處理儀腔內(nèi)反應(yīng)成高活性的自由基,會(huì)在材料表面發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),引入新的官能團(tuán),如羥基(-OH)、氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、醛基(-CHO)等,這些官能團(tuán)都是活性基團(tuán),能明顯提高材料表面活性,起到活化改性的作用?;瘜W(xué)作用下的等離子處理適用于塑料、高分子、油污、聚合物等材料,推薦使用等離子體激發(fā)頻率13.56MHz的VP-R/RS系列或者2.45GHz的VP-Q系列真空等離子處理儀。
需要特別說明的是有一些材料處理既需要物理作用,也需要化學(xué)作用,例如聚二甲基硅氧烷(PDMS),氧化銦錫(ITO)、芯片去膠、光刻膠去除、硅片、PET薄膜、二氧化硅(SiO2)、PTFE、二硫化鉬等,這個(gè)時(shí)候應(yīng)該選用等離子體激發(fā)頻率是13.56MHz的VP-R/RS系列真空等離子處理儀。
微流控芯片PDMS與玻璃實(shí)現(xiàn)不可逆的鍵合(真空等離子處理儀VP-RS8) SU-8光刻膠等離子體干法去除(真空等離子處理儀VP-RS6)
四、PLASMA處理的方向性-粉末或細(xì)小顆粒
PLASMA真空等離子處理儀配備清洗托盤,把樣品放在托盤上,樣品朝上的一面等離子處理效果明顯,樣品貼著托盤的一面處理效果不明顯,原因是等離子體需要空間讓其做高速運(yùn)動(dòng),而樣品貼著托盤的那一面,空間變小,不利于等離子體對(duì)樣品表面進(jìn)行處理,所以樣品哪一面需要等離子處理,就把那一面朝上,如果兩面都需要等離子處理,常規(guī)的做法是待樣品的一面處理結(jié)束后,把樣品取出翻轉(zhuǎn)再進(jìn)行另一面的等離子處理,但如果樣品是粉末或者微小顆粒,這個(gè)方法就有局限性。
石墨烯粉末親水性處理(旋轉(zhuǎn)型真空等離子處理儀VP-T3) 炭黑粉末處理72小時(shí)后依然保持分散性(旋轉(zhuǎn)型真空等離子處理儀VP-TS7)
善準(zhǔn)科技研發(fā)的旋轉(zhuǎn)型真空等離子處理儀VP-T系列很好地解決了這個(gè)問題。旋轉(zhuǎn)型真空等離子處理儀VP-T系列真空腔體可旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)樣品滾動(dòng),實(shí)現(xiàn)360°等離子處理,極大地提升了粉末顆粒等離子處理的均勻性和有效性,旋轉(zhuǎn)型真空等離子處理儀VP-T系列有兩個(gè)型號(hào),分別是VP-T3和VP-TS7,頻率都是13.56MHz,腔體分別采用石英(容積3L)和不銹鋼(容積7L)材質(zhì),腔體轉(zhuǎn)速可調(diào),可關(guān)閉(不旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于普通真空等離子處理儀),一機(jī)兩用,性價(jià)比高。
適用于石墨烯粉末、納米材料、聚四氟乙烯粉末(PTFE)、碳納米管粉末、炭黑、聚乙二醇粉末、催化劑粉末、金屬氧化物粉末、硼粉、鋁粉,針形樣品、小顆粒樣品等。
PTFE粉末經(jīng)VP-TS7等離子處理后(圖左),分散性和親水性明顯提升 金屬納米粉末經(jīng)VP-TS7等離子處理(圖右),分散性明顯提升
廣州善準(zhǔn)科技有限公司獲得“一種低溫旋轉(zhuǎn)型石英等離子表面處理裝置 專利號(hào):CN202020226847.2” 等十項(xiàng)國(guó)家專利以及軟件著作,是國(guó)內(nèi)成功掌握產(chǎn)生13.56MHz頻率,保證滿功率運(yùn)行30分鐘真空腔體溫度不高于32攝氏度的真空等離子處理儀生產(chǎn)廠家,目前已上市的旋轉(zhuǎn)型真空等離子處理儀則鞏固善準(zhǔn)等離子技術(shù)實(shí)力,把中國(guó)真空等離子處理技術(shù)推向一個(gè)全新的高度。
五、廣州善準(zhǔn)用戶研究方向
廣州善準(zhǔn)科技有限公司已成功注冊(cè)了“SUNJUNE”和“SUNJUNE PLASMA”兩個(gè)商標(biāo),善準(zhǔn)真空等離子處理儀已成功在芯片制造、柔性材料、智能穿戴設(shè)備、微流控芯片、醫(yī)療器械、二維材料等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,國(guó)內(nèi)的高??蒲袡C(jī)構(gòu)——中科院物理所、中科院化學(xué)所、中國(guó)工程物理研究院、清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、香港中文大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中山大學(xué)等均有配備,使用善準(zhǔn)真空等離子處理儀參與做實(shí)驗(yàn)的多篇高質(zhì)量論文發(fā)表在《Nature》等期刊。
從研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,善準(zhǔn)積極參與中國(guó)智造的迭代升級(jí),鋰電池、新能源汽車、晶圓制造、醫(yī)療器械、半導(dǎo)體行業(yè)的頭部公司選擇了善準(zhǔn)的產(chǎn)品和服務(wù),善準(zhǔn)和很多中小企業(yè)一樣為中國(guó)智造邁向全球高水平貢獻(xiàn)綿薄之力,企業(yè)一小步,國(guó)家一大步,每一個(gè)企業(yè)向上攀登一尺,匯聚起來就是中國(guó)智造的星辰大海。(以下是發(fā)表在中科院1區(qū)Top期刊)
左圖:西湖大學(xué)使用善準(zhǔn)手套箱專用真空等離子處理儀VP-G3氬等離子體處理二氧化硅(等離子處理全過程不接觸空氣,該成果已發(fā)表在Nature)
右圖:中科院北京納米能源所使用善準(zhǔn)真空等離子處理儀VP-R5活化棉纖維布(可穿戴電子設(shè)備研究,該成果已發(fā)表在Energy & Environmental Science)
左圖:煙臺(tái)大學(xué)使用善準(zhǔn)真空等離子處理儀VP-RS8活化PDMS表面(可拉伸電極研究方向,該成果已發(fā)表在Chemical Engineering Journal)
右圖:同濟(jì)大學(xué)使用善準(zhǔn)真空等離子處理儀VP-R3活化硅片和二氧化硅(電學(xué)器件制備研究方向,該研究成果已發(fā)表在Nano Letters)
左圖:四川大學(xué)使用善準(zhǔn)真空等離子處理儀VP-R3處理碳布(水系電池研究方向,該成果已發(fā)表在Advanced Energy Materials)
右圖:西南林業(yè)大學(xué)使用善準(zhǔn)真空等離子處理儀VP-RS6生物質(zhì)納米纖維(多孔材料甲醛吸附能力研究,該成果已發(fā)表在Industrial Crops & Products)
左圖:華南理工大學(xué)使用善準(zhǔn)真空等離子處理儀VP-R5活化ITO導(dǎo)電玻璃(發(fā)光二極管制備研究,該成果已發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces)
右圖:中科院新疆理化研究所使用善準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)型真空等離子處理儀VP-T3處理不銹鋼氈(分離乳化劑材料的研究,該成果已發(fā)表在Separation and Purification Technology)