低温等离子体改性技术制备功能材料的研究进展

摘要

低温等离子体改性技术是一种常用的材料改性手段,它是通过电离气体产生大量的带能粒子和各种形式的光辐射作用于材料表面,从而提高材料的疏水性、阻燃性和抗菌性等性能,达到制备具有一种或多种特定功能材料的目的。低温等离子体改性技术在材料改性中备受青睐得益于四大优势:(1)反应环境所需温度低;(2)处理效率高;(3)适用范围广;(4)不会破坏材料本身的性质。近年来,低温等离子体改性技术在生物质材料、高分子材料、金属材料等领域都有广泛的应用,其在生物质材料领域的研究尤为活跃,经低温等离子体表面处理制备的超疏水性、阻燃性等功能材料被大量报道。在高分子材料领域,低温等离子体改性法常被用于制备超疏水性塑料薄膜材料、医用抗菌性口罩、防污无纺布等。通过低温等离子体化学气相沉积法沉积后的金属具有耐腐蚀、耐磨的作用。此外,低温等离子体改性技术还在三废处理、半导体材料、电子产品、电子电路、超导材料等领域获得丰硕的研究成果。一直以来科学家对低温等离子体改性技术的应用研究远多于机理研究,这限制了其在材料改性中的发展,然而,研究低温等离子体对不同材料的作用机理对于制备所需功能材料具有指导性意义。实际上,等离子体在材料表面会发生解吸、掺杂、刻蚀、溅射和交联、表面接枝、界面聚合等一系列的物理化学反应,具体发生了何种反应与等离子体种类、材料类型、放电方式、工艺参数等密切相关。根据不同的作用机理对低温等离子体改性技术进行归类,有利于精准制备所需的功能材料。本文综述了三种不同的低温等离子体改性方法:(1)低温等离子体表面处理法;(2)低温等离子体化学气相沉积法;(3)低温等离子体接枝聚合法。结合不同材料的性质和不同的改性机理,概述了低温等离子体改性技术在超疏水性、阻燃性和抗菌性功能材料中的应用。在分析低温等离子体改性机理的基础上,总结了如何利用不同气体类型的低温等离子体制备所需的特定功能材料,并指出用低温等离子体改性技术对材料进行改性的不足之处和发展前景。