高分子材料的表面改性
高分子材料的表面改性与性能
高分子材料的表面改性与性能在当今科技飞速发展的时代，高分子材料凭借其优异的性能和广泛的应用领域，已经成为材料科学领域的重要组成部分。
然而，高分子材料的表面性能往往限制了其在某些特定场合的应用。
为了拓展高分子材料的应用范围，提高其性能，表面改性技术应运而生。
高分子材料的表面改性是指在不改变材料本体性能的前提下，通过物理、化学或生物等方法对材料表面的化学组成、微观结构和物理性能进行调整和优化。
其目的是改善高分子材料的表面润湿性、黏附性、耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性等性能，以满足不同领域的应用需求。
物理改性方法是表面改性中较为常见的一类。
其中，等离子体处理是一种高效的技术手段。
等离子体中的高能粒子能够与高分子材料表面发生碰撞和反应，引入新的官能团，增加表面粗糙度，从而改善表面的亲水性和黏附性。
例如，经过等离子体处理的聚乙烯薄膜，其表面能显著提高，与油墨、涂料的结合力增强，印刷和涂装效果得到明显改善。
另一种物理改性方法是离子束注入。
通过将高能离子注入到高分子材料表面，可以改变表面的化学组成和结构，进而改善其性能。
比如，将氮离子注入到聚四氟乙烯表面，可以显著提高其耐磨性和耐腐蚀性。
化学改性方法在高分子材料表面改性中也具有重要地位。
化学接枝是一种常用的化学改性手段。
通过在高分子材料表面引入活性基团，然后与其他单体进行接枝反应，可以在表面形成一层具有特定性能的接枝聚合物层。
例如，将丙烯酸接枝到聚丙烯表面，可以使其具有良好的亲水性和生物相容性。
表面涂层也是一种常见的化学改性方法。
在高分子材料表面涂覆一层具有特定性能的涂层材料，如金属涂层、陶瓷涂层或聚合物涂层，可以显著改善其表面性能。
比如，在塑料表面涂覆一层金属涂层，可以赋予其良好的导电性和电磁屏蔽性能。
除了物理和化学改性方法，生物改性方法在近年来也受到了广泛关注。
生物改性主要是通过在高分子材料表面固定生物活性分子，如蛋白质、酶、抗体等，赋予材料特定的生物功能。
高分子材料的表面改性与涂层技术研究
高分子材料的表面改性与涂层技术研究在当今科技迅速发展的时代，高分子材料作为一种重要的功能材料，广泛应用于各个领域。
然而，高分子材料的原始性质和表面特性限制了其在某些应用中的性能表现。
因此，为了满足不同领域的需求，研究人员对高分子材料的表面改性和涂层技术进行了深入研究。
高分子材料的表面改性是指通过物理、化学或生物方法对材料的表面进行处理，以改善其性能。
例如，通过高温处理、等离子体处理、激光辐照等方法可以改变高分子材料表面的化学组成、形态结构和表面能。
这些表面改性技术可以使高分子材料具有更好的耐热性、耐候性、耐腐蚀性等特性，从而提高其在航空、汽车、建筑等领域的应用价值。
另一方面，涂层技术也是改善高分子材料表面性能的重要手段。
涂层技术可以通过在高分子材料表面形成一层薄膜来增加其硬度、耐磨性、防刮擦性等特性。
常见的涂层材料包括有机涂层、无机涂层和复合涂层。
有机涂层主要是通过在高分子材料表面形成一层有机聚合物薄膜，如聚乙烯、聚氨酯等。
无机涂层则是通过在高分子材料表面形成一层无机材料薄膜，如氧化铝、氧化锌等。
而复合涂层则是将有机涂层和无机涂层结合起来，形成一种既具有有机涂层特性又具有无机涂层特性的复合材料。
涂层技术不仅可以提高高分子材料的表面性能，还可以改变其外观，使其具有更多的装饰性和艺术性。
在高分子材料的表面改性和涂层技术研究中，科研人员面临着许多挑战。
首先，如何选择和设计合适的表面改性方法和涂层材料是一个关键问题。
不同的高分子材料具有不同的化学结构和表面特性，需要根据具体材料的特点来选择适合的表面改性方法和涂层材料。
其次，如何实现表面改性和涂层技术的持久性和稳定性也是一个难题。
高分子材料的表面易受环境因素和使用条件的影响，因此需要对表面改性和涂层进行优化，使其在极端条件下也能保持良好的性能。
此外，如何控制表面改性和涂层的厚度、均匀性和精密度也是一个重要问题。
过厚或过薄的表面改性和涂层可能导致性能不稳定或性能下降，因此需要进行精确的控制和测量。
高分子材料的表面改性.详解
XPS （X-ray photoelectron spectroscopy）
通过用X射线辐照样 品，激发样品表面除 H、He以外所有元素
中至少一个内能级的
光电子发射，并对产 生的光电子能量进行
分析，以研究样品表
面的元素和含量。
Ek为光电子动能；hν为激发光能量；
EB为固体中电子结合能；Φ为逸出功
电晕放电处理方式
1. 在薄膜的生产线上进行，即通常所说的热膜处理。 优点：处理效果好； 限制性：适用于处理完就使用的场合，比如马上用于印刷、涂布或复合； 2. 在薄膜的再加工线上进行，及通常所说的冷膜处理。 限制性：处理效果与薄膜存放时间有关。处理完后就应用。
3. 进行两次处理。
既在生产线上处理，又在再加工线上处理，为了保证使用前的表面质量
以等离子体存在的星系和星云
人造等离子体示例
地球上，等离子体的自然现象：如闪电、极光等； 人造等离子体，如霓虹灯、电弧等。
PbPb N Ca Na Cl
Pb
500
400
300
200
100
0
Binding Energy (eV)
XPS analysis showed that the red pigment used on the mummy wrapping was Pb3O4 rather than Fe2O3
Analysis of Carbon Fiber- Polymer Composite Material by XPS
C/O比与电流强度的关系与上述表面张力和剥离力类似，可见 LDPE表
面张力的增大和剥离力的提高与表面含氧量的增加有密切的关系。
7.2 火焰处理和热处理
● 火焰处理是用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬间高
高分子复合材料表面改性技术的研究及应用
高分子复合材料表面改性技术的研究及应用高分子复合材料是由两种或以上的高分子材料通过化学或物理方法相互交联或混合而成的材料。
由于其具有良好的性能和广泛的应用前景，近年来受到广泛的关注和研究。
其中，高分子复合材料的表面改性技术是研究的热点之一。
本文将从这个角度来探讨高分子复合材料表面改性技术的研究及应用。
一、高分子复合材料的表面改性技术概述高分子复合材料的表面改性技术是指通过对高分子复合材料的表面进行各种改性处理，以改善其表面性能，提高其耐久性、防腐性、均匀性、附着强度等特性的一种技术。
常见的表面改性技术有化学改性、物理改性、光化学改性等。
1. 化学改性化学改性是指通过化学方法对高分子复合材料的表面进行改性处理。
例如，在高分子复合材料表面涂覆一层功能性交联剂、接枝共聚等化学方法可提高其表面的化学反应性和亲水性，从而改变其表面性状，达到改性的目的。
2. 物理改性物理改性是指通过物理方法对高分子复合材料表面进行改性处理，常见的方法有离子注入、等离子体注入、电子束照射等。
这些方法可以改变高分子复合材料表面的表面形貌、表面化学成分等，从而改善其表面性能。
3. 光化学改性光化学改性是一种以光敏剂作为催化剂的表面改性技术。
通过用光敏剂涂覆高分子复合材料表面，当表面受到光照时，光敏剂将被激活并引起表面反应。
这种方法可以改变高分子复合材料表面的表面物理结构、化学成分等，从而改善其表面性能。
二、高分子复合材料表面改性技术在各个领域的应用高分子复合材料表面改性技术具有高效、可控、 low cost 等优点，已经在各个领域得到广泛应用。
1. 汽车行业高分子复合材料广泛应用于汽车制造领域。
汽车表面涂层的改性是提高其防锈性、耐久性和塑化性的重要手段之一，化学、物理和光化学技术都可应用于汽车表面涂层的改性处理。
汽车表面改性可以使汽车表面从单一化到多元化，使汽车表面更加美观、个性化，同时也能改善车身的防护性能。
2. 建筑材料高分子复合材料表面改性技术可用于改善建筑材料的防水性、耐候性、耐腐蚀性等性能，提高其耐用性和使用寿命。
高分子材料的表面修饰和性能控制
高分子材料的表面修饰和性能控制高分子材料是一类重要的材料，在各个领域都有广泛的应用。
然而，由于其特殊的结构和性质，高分子材料的表面往往具有一定的缺陷和不稳定性，这限制了其在某些领域的应用。
为了改善高分子材料的性能，科学家们进行了大量的研究，发展了各种表面修饰和性能控制的方法。
一种常见的表面修饰方法是物理方法，如等离子体处理和激光刻蚀。
等离子体处理是利用等离子体的化学反应和能量转移来改变高分子材料表面的化学组成和形貌。
通过等离子体处理，可以在高分子材料表面形成一层致密的氧化层，从而提高其耐热性和耐腐蚀性。
激光刻蚀则是利用激光的高能量和高浓度来刻蚀高分子材料表面，从而改变其形貌和表面粗糙度。
这种方法可以用于制备具有特殊形貌和表面结构的高分子材料，如微纳米结构和光学薄膜。
另一种常见的表面修饰方法是化学方法，如表面改性和涂覆。
表面改性是通过在高分子材料表面引入新的化学基团，改变其表面性质和化学活性。
常用的表面改性方法包括化学修饰、原子层沉积和化学吸附等。
化学修饰是在高分子材料表面引入新的官能团，从而改变其表面化学性质和亲水性。
原子层沉积是利用化学气相沉积技术在高分子材料表面沉积一层原子尺度的薄膜，从而改变其表面结构和电学性能。
化学吸附是利用高分子材料表面的化学反应活性吸附特定的分子，从而改变其表面性质和分子识别能力。
涂覆是将一层特定的材料涂覆在高分子材料表面，从而改变其表面性质和功能。
常用的涂覆材料包括聚合物、金属和陶瓷等。
通过涂覆，可以在高分子材料表面形成一层致密的保护层，从而提高其耐磨性和耐腐蚀性。
除了表面修饰，高分子材料的性能控制也是一个重要的研究方向。
高分子材料的性能主要包括力学性能、热学性能和电学性能等。
力学性能是指高分子材料的强度、韧性和硬度等。
热学性能是指高分子材料的热稳定性、导热性和热膨胀系数等。
电学性能是指高分子材料的导电性、介电性和电化学性能等。
为了控制高分子材料的性能，科学家们采用了多种方法，如添加剂改性、共聚物合成和纳米填料增强等。
涂层材料表面改性技术及其在高分子材料中的应用
涂层材料表面改性技术及其在高分子材料中的应用随着科技的发展和人们对生活品质的不断提高，人们开始对涂层材料进行更多的探索和改造。
涂层材料表面改性技术作为近年来新兴的材料改性技术，得到了越来越多的关注。
涂层材料表面改性技术可以改变涂层材料的表面性质，使其具有很好的抗酸碱、耐高温、耐磨损等特性，提高其使用寿命及使用效率。
本文将着重探讨涂层材料表面改性技术及其在高分子材料中的应用。
一、表面改性技术表面改性技术是指对材料表面进行一系列处理，如物理、化学、生物学等方法，以获得所需要的表面性质。
常用的表面改性方法包括溶液法、等离子体处理、离子注入、真空蒸发、溅射法、化学气相沉积等。
其中，溶液法是衣物染色工艺的一种，它可以给涂层表面提供很好的耐高温、耐酸碱、抗腐蚀等特性。
等离子体处理则是将涂层材料置于低压放电等离子体之中，通过碰撞分子的电离而改变表面状态。
离子注入法是最早采用的表面改性技术之一，它可将高能离子注入涂层表面，因此能显著改善涂层材料的耐磨损性。
真空蒸发法指的是利用真空蒸气在涂层材料上形成薄膜，主要改善表面硬度、透光率等方面。
溅射技术是在高温、高真空的条件下，利用离子轰击打掉炭凝物，将溅射出的原子沉积在物品表面。
化学气相沉积则是指利用半导体工艺原理，在反应室中将反应气体置于高真空下进行反应，最后形成覆盖物。
这些表面改性技术均最终实现了改善涂层材料的表面性质，提高了其使用寿命和效率。
二、高分子材料中的应用高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料等行业。
高分子材料的分子量大、降解缓慢、强度高、使用寿命长等特点，使它成为现代工业中不可或缺的材料之一。
然而，高分子材料因其表面活性差、粘附性弱等缺陷，常常限制了其应用和发展。
因此，将表面改性技术应用于高分子材料的研究和开发，对改进这些物质的缺陷和提高其性能，具有重要的意义。
1. 亲水性改性高分子材料的亲水性是指其表面的接触角可以小于90度，即水在其表面是可以自由流动的。
高分子材料的表面改性与涂层技术研究
高分子材料的表面改性与涂层技术研究高分子材料是一类应用广泛的材料，其特点是重量轻、性能优异、成本低廉等。
然而，高分子材料在使用过程中可能会受到外界环境的影响而导致性能下降，因此进行表面改性和涂层技术研究是非常重要的。
表面改性是指通过改变高分子材料表面的化学组成或物理结构，从而改变其表面性能的方法。
常见的表面改性方法有物理方法和化学方法两种。
物理方法主要包括等离子体处理、溶剂处理、热处理等。
等离子体处理是一种常用的表面改性方法，通过在高分子材料表面引入等离子体，使其表面发生物理和化学变化，从而实现对表面性能的改善。
溶剂处理则是通过将高分子材料浸泡在特定溶剂中，使其表面受到溶剂的溶解或浸润，从而改变表面能和粘附性能。
热处理则是通过升高材料温度，使其表面发生结构变化，从而改变表面物理性质。
化学方法主要包括接枝共聚、表面活化等。
接枝共聚是指通过在高分子材料表面引入可与高分子材料相容的单体，使其在高分子材料表面形成一层新的共聚物层，从而改变其表面性能。
表面活化则是通过给高分子材料表面引入活性官能团，使其表面具有更高的反应活性，从而实现对表面的改性。
而涂层技术是一种通过在高分子材料表面涂覆一层特殊的材料，以实现对高分子材料性能的改善和保护的方法。
涂层技术可以使高分子材料具有良好的抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，从而延长其使用寿命和提高其功能性。
涂层技术主要包括化学涂层方法和物理涂层方法。
化学涂层方法是指通过在高分子材料表面进行化学反应，形成一层化学键连接的涂层，从而改变其表面性能。
常见的化学涂层方法有浸渍法、喷涂法等。
物理涂层方法则是通过将特定材料以固体或气体的形态沉积在高分子材料表面，形成一层物理层，从而改变其表面性能。
常见的物理涂层方法有物理气相沉积法、磁控溅射法等。
表面改性和涂层技术的研究对于提高高分子材料的性能和功能具有重要意义。
通过对高分子材料表面进行改性和涂层，可以增加其表面粘附性和耐磨性，提高其抗氧化性和耐腐蚀性，从而增加其使用寿命和功能性。
高分子材料表面润湿性改性研究
高分子材料表面润湿性改性研究一、引言高分子材料广泛应用于现代化工、制造、医学等领域，但其表面润湿性常常不足以满足特定需求。
因此，科学家需要改性高分子材料表面润湿性以满足特殊的应用需要。
这篇文章着重从不同角度探讨改性高分子材料表面润湿性的研究进展。
二、润湿性概述表面润湿性是润滑剂、颜料、胶粘剂、涂料、聚合物等材料应用中至关重要的性质，是基于表面形态、表面能量和液体表面张力的互作用原理。
通过表面张力的影响，液体能够黏附在具有亲和力的表面上，从而使材料表现出润湿性。
表面润湿性对于许多应用非常关键，包括生物学、生物医学、纳米技术、涂料等多个领域，因此，高分子材料表面润湿性的改性研究越来越受到重视。
三、改性方法目前，有许多途径来改性高分子材料表面润湿性，除了物理和化学方法之外，在材料平台上，活性涂层、多功能纳米材料和基于生物特征的改性方法受到越来越多的关注。
1. 物理方法物理方法是通过对高分子材料表面进行局部调整改变其润湿性。
典型的方法包括激光纹理加工、电化学阳极氧化、热处理和等离子体处理。
激光纹理加工能够形成非常细致的结构和形态，在改善高分子材料表面润湿性方面具有很大的潜力。
电化学阳极氧化是利用电化学氧化法对金属、高分子等表面进行改性。
热处理包括热压和退火是一种简单有效的方法，通过调节温度和时间来改善润湿性。
等离子体处理可通过工艺参数调节得到不同的表面化学键和化学成分，从而改变表面润湿性。
2. 化学方法化学方法是通过对高分子材料表面进行化学修饰使其具有良好的润湿性。
在化学方法中，活性涂层和多功能纳米材料是当前广受关注的领域。
活性涂层可以在材料表面上形成功能性化合物层，从而获得所需的表面润湿性、切削和摩擦性能。
活性涂层的目的是选择单一或混合高分子材料，利用活性化合物集成表面上的亲水、疏水性，太阳能吸收、电化学、光学、生物响应等。
多功能纳米材料的目标是，通过合成具有多种作用的复合材料，实现材料的优化性质。
多功能纳米材料有多种结构和形态，因此，它们有不同的性质，如增强材料的机械性能、抗氧化和防腐等。
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注入样品剂量：2×1016 ions／cm2
图3 氮离子注入后PTFE表面的EDX谱
1.2 离子注入改性的机理
图2表明，氮离子注入后PTFE表面有新键产生 （678cm-1）,图3表明，氮离子注入后的样品，表现 出脱氟和氧化现象。 （4）离子注入不只产生断链和交联，而且产生导致 新化学键形成的微合金。X射线衍射分析表明，离子 束合金导致化学交联，未饱和的强共价结合和随机 分布类金刚石四方结合，导致产生坚固表面的三维 刚性梯状结构。
2.1 等离子体作用原理
反应气氛 反应气体 非反应气体
氧气、氮气
Ar、He
a.与原子氧反应：
2.1 等离子体作用原理
b.与分子氧反应：
c.与过氧化自由基反应：
可见，等离子体表面氧化反应是自由基连锁反应， 反应不仅引入了大量的含氧基团，如羰基及羟基， 而且对材料表面有刻蚀作用。
2.1 等离子体作用原理
化学健的键
C=O 8.0
2.1 等离子体作用原理
等离子体对高分子材料表面的作用有许多理论 解释，如表面分子链降解理论、氧化理论、氢键理 论、交联理论、臭氧化理论以及表面介电体理论等， 但其对聚合物表面发生反应机理可概括为三步。
自由基 表层形成致密的交联层
高压电场
高动能
空气中电子
加速 撞击分子
激态分子
1.1
离子注入的特点
(6)离子注入功率消耗低，以表面合金代替整体合金， 节约大量稀缺金属和贵重金属，而且没有毒性，利 于环保。 (7)离子注入工艺的缺点是设备一次性投资大，注入 时间长、注入深度浅、视线加工等缺点，不适合复 杂形态构件改性。
1.2 离子注入改性的机理
离子注入对高分子材料的改性，是通过离子注 入使材料的结晶、组分以及分子空间位置的变化来 实现的,能迅速改变材料的组分和结构，导致材料的 化学和物理性能的改变。
2.1 等离子体作用原理
图4 等离子体的形成
放电 直流放电 低频放电 高频放电 微波放电 感应放电 宇宙 天体 上层气体 放射线 放射线同位素 X射线 粒子加速器 反应堆
等离子体 场致电离 真空紫外光 激光 冲击波 燃烧
辉光下游的利用
2.1 等离子体作用原理
等离子体中的状态主要取决于他的组成粒子、粒子 密度和粒子温度（温度是物质内部微观粒子平均平 动能的量度）。 其中电子和离子的能量状态是等离子体化学反应中 重要的参数，通常用电子温度和离子温度表示。 等离子体可以分两种：高温等离子体和低温等离子 体。 用于高分子材料表面改性的一般为低温等离子体。
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
(l)表面交联 等离子体中的高能粒子通过轰击或化学反应，使 高分子材料材料表面的C—H、C—C等键断裂，形 成自由基。自由基之间重新键合，在材料表面形 成网状交联结构，使材料的力学性能、表面性能 等得到改善。例如，聚乙烯、聚丙烯在Ar或He等 离子处理中，发生如下交联反应：
此外，CO2 ，CO，H2O 及其他含氧的气体在等离子 状态下也可分解为原子氧也具有氧等离子作用。 氮等离子作中有N，N+，N-，N*，N2*，NM（亚稳态） 等活性粒子可与材料表面形成自由基或与不饱和健 反应，从而结合到大分子链上。
2.1 等离子体作用原理
非反应性气体包括Ar、He等，这些气体的原子不直 接进入到高分子材料材料表面的大分子链中，但是 这些非反应性气体等离子体中的高能粒子轰击高分 子材料表面，可使材料表面产生大量自由基，表面 形成致密的交联结构和强烈的蚀刻作用。 此外若被处理高分子材料结构中含有氧，则等离子 体轰击使大分子链断裂分解产生活性氧，其效果可 类似于氧等离子处理。 即使材料本身不含氧，但由于惰性等离子处理后产 生的新的自由基具有一定的寿命（其半衰期可达 2～3天）其在等离子处理后能与空气中氧作用，导 致氧结合到大分子链上。
1.3 离子注入在高分子表面改性中的应用
（1）离子注入提高表面硬度，增强抗磨损性能
Ochsner等人用50keV，100keV和200keV的B，N，Cr离子 注入PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂）、HDPE（高密度聚乙烯）， PC（聚碳酸脂），发现注入能量增加，富碳层加强，致密化 加强。PC、HDPE和PMMA在离子注入后微观硬度都得到了加强。
1.2 离子注入改性的机理
（3）高分子材料受离子轰击，碳氮、碳氢及碳氧 键被打断，表现出新化学键形成（图2）和大分子 构成元素的变化（图3）。 图2 氮离子注入后PTFE表面的可见拉曼光谱
剂量：(a)1×1014
(b)2×1014
(c)4×1014 ions／cm2
1.2 离子注入改性的机理
高分子材料的表面改性
主讲人：景玉龙 导 师：杜华太 中国兵器工业集团第53研究所
主要内容
电晕放电处理 高 分 子 材 料 的 表 面 处 理 方 法 火焰处理与热处理 离子注入表面改性技术 高分子材料的表面金属化 难黏高分子材料的化学改性 等离子体表面改性 光化学改性 表面接枝共聚 离子注入的特点 离子注入改性机理 离子注入在高分子表 面改性中的应用 等离子作用原理 等离子体处理对高分 子表面的作用
2 等离子体表面改性
原 理
等离子体表面改性
作 用
应 用
2 等离子体表面改性
2.1 等离子体作用原理
等离子体是指电离气体。它是电子、自由基、正负 离子，并与激发态原子、分子混杂的状态。 其中正负电荷数量和密度基本相同，故称等离子体。 是固体、液体、气体三态外物质的第四态。 自然界中可以到处看到等离子体的存在，如：太阳、 电离层、极光、雷电、夜空中的满天星斗等都是高 温完全电离等离子体。 尽管地球是个例外的温度较低的星球，但是可以利 用人工生成等离子体，常见的如荧光灯、霓虹灯、 电弧焊等。等离子体的形成途径如图5-13所示。
2.2离子处理的聚乙烯光电子能谱 （1）未处理（2） Ar处理（3） N处理
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
图7 经Ar或N2等离子处理的聚四氟乙烯光电子能谱 （1）未处理（2） Ar处理（3） N处理
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
等离子体处理在高分 子材料中的应用
1 离子注入表面改性技术
特 点
离子注入表面改性
机 理
应 用
1 离子注入表面改性技术
1.1
离子注入的特点
离子注入(Ion-implantation)是将工件放在离子注入 机的真空靶室中，在几十至几百千伏的电压下，把 所需元素离子注入到工件表面，形成一层在组织和 结构上都不同于底材的注入层，从而改善材料性能。 优越性： (1)注入元素的种类、能量和剂量均可选择，不受限 制，并能精确控制。 (2)基体材料不受限制，不受传统合金化规则如热力 学、相平衡和固溶度等物理冶金学因素的制约，可 获得其他方法不能得到的新合金相。
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
图8 聚丙烯纤维经N2、H2、02等离子体处理后的样品的SEM
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
（4）对水的润湿性的改善
由于等离子处理引入极性基团结合到高分子材料表面上，因 此改善了表面的润湿性，使高分子材料的表面张力增大，接 触角变小。 图9是一些高分子材料经氩等离子处理后对水的接触角的变 化。 图10是聚酯和聚乙烯经空气等离子体处理后接触角的变化。 图11是一些材料经N2等离子体处理后的接触角的变化。
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
图9 经氩等离子处理后材料对水的接触角的变化
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
图10 空气等离子体处理时间对水在薄膜上的接触角的影响
2.2 等离子体处理对高分子表面的作用
图11 N2等离子体处理时间与接触角的关系 PTFE：聚四氟乙烯； PVDF：聚偏氟乙烯 TFE-ET共聚体：四氟乙烯-乙烯共聚物； PE：聚乙烯
亚稳态
保存能量
离子
与气体或单体聚合形成图层
2.1 等离子体作用原理
（1)空气中的少数自由电子在高电压电场中被加速 而获得较高动能，在运动时必然会撞击到空间中的 其他分子。被撞击的分子同时接收到部分能量，成 为激发态分子而具有活性。 （2)激发态分子不稳定，又分解成自由基消耗吸收 的能量；也可能离解成离子或保留其能量而停留于 亚稳态。 （3)自由基或离子在高分子表面反应时，可形成致 密的交联层；等离子体与存在的气体或单体发生聚 合反应，沉积在聚合物表面形成具有可设计的涂层； 等离子体与表面自由基或离子发生反应形成改性层。
离子 注入
结晶、组 分、分子 空间 物理、化 学性能
1.2 离子注入改性的机理
离子注入的对材料结构的影响有三个方面： （1）大分子链被打断成为活性自由基，自由基之 间相互结合生成三维网状交联结构，这是其表面 性能得以改善的主要原因。 （2）在离子注入过程中，离子能量传递给晶格， 并促使高分子材料表面发生剧烈的结构变化，如 图1。
（2）导电性的改善
离子注入时由于富碳层的形成，使注入膜的电阻率大幅 度的降低，有效地改善高分子材料导电性或表面抗静电性， 使高分子材料在光敏材料、光电池等领域获得应用。
1.3 离子注入在高分子表面改性中的应用
（3）光学、磁学等性质的改善
因离子注入引起聚合物结构的变化，而结构的变化又引 起聚合物膜光学和磁学性质的变化。
1.2 离子注入改性的机理
(a)剂量4×1016 ions／cm2
(b)剂量l×1019 ions／cm2
图1 PTFE经N+注入后的表面扫描电镜图
1.2 离子注入改性的机理
由1图可见，未经处理的样品尽管没有抛光表面也比 较光滑〔如图I(a)左上角所示〕,在注入剂量超过 1×1016ions／cm2时表面开始出现微观粗糙现象，并 出现大量的小洞。 随着剂量的增加，注入样品表面粗糙度加大，洞的 数量增多,继续增加剂量，表面被严重地刻蚀,出现 了细的网状结构 。