等離子清洗機處理微孔板2

等離子體處理條件對微孔板表面潤濕性的影響

PS微孔板的等離子體表面處理采用等離子清洗機，不同的氣體、處理時間、處理功率對微孔板表面潤濕性的影響都不相同。

Air等離子體處理在處理時間為100s，功率為300W時處理效果最好，親水性明顯提高。而Ar，N2等離子體處理在處理時間為100s，功率為500W時處理效果最好。

PLUTO-M等離子清洗機

不同處理時間

靜態水接觸角不僅是表征材料表面潤濕性的主要因素，而且也是表面化學性質的重要指標。實驗中分別采用Air、Ar和N₂作為等離子體工作氣體，對PS微孔板表面進行改性處理。

下圖分別是不同等離子體處理時間對應的PS微孔板接觸角的變化曲線。從圖中可以看出，未經等離子體處理的PS微孔板的接觸角為95°，處理功率固定為200W時，隨等離子體

處理時間延長，20s內三種氣體處理的接觸角均顯著下降， 下降到45°左右，20s到100s內下降趨于平緩，100s以后接觸角不再明顯變化，這表明等離子體改性在一定處理時間

后表現出飽和效應。

處理時間達100s時，不同工作氣體放電等離子體對材料表面潤濕性的改善存在一定的差異，Air，Ar，N₂ 等離子 體處理的PS微孔板的接觸角分別下降為30.57°，31.74°，34.33°。

另外，對比圖中三種氣體的潤濕性改性效果，可以看出，N₂等離子體不如Air等離子體改性效果強，Ar的改性效果居中，Air與N₂都是反應性氣體，其等離子體不僅會對材料表面

產生物理 刻蝕作用，還會引發接枝反應，使表面化學組成發生變化，在一定功率下，隨處理時間的延長，等離子室內活性粒子的含量上升，如O、H、N、OH和N²⁺與材料表面

的聚合物鏈反應，產生羥基、氧化物和氮化物等極性親水組分，這些親水組分Air（N₂、O₂）和N₂產生的。而Ar是惰氣體，其等離子體對表面產生刻蝕的同時，活性物質撞擊

材料表面通過吸氫在聚合物表面產生碳自由基，自由基在接觸空氣時，將含氧官能團引入表面。在時間超過100s后自由基濃度達到飽和不再上升，極性成分沒有隨著處理時間

的增加而進一步增加，從而導致接觸角不再變化。

不同處理功率

為了探究不同等離子體處理功率對PS微孔板接觸角的影響，實驗中固定了處理時間為100s，在不同功率下對PS微孔板表面進行改性處理。

下圖分別是不同等離 子體處理功率對應的PS微孔板接觸角的變化曲線。等離子體處理時間一定時，功率增加到300W，Air等離子體處理的PS微孔板的接觸角下降到14.82°之后

不再繼續變化。N₂和Ar 處理的PS微孔板的接觸角在功率達300W后開始緩慢下降，在500W時分別達到23.91°與18.90°之后不再明顯變化。當接觸角達到最低點，繼續增加處

理功率，接觸角也不再降低。這表明等離子體活化可以有效改善PS的潤濕性，且Air和Ar等離子體處理對PS潤濕性的改善效果比N2等離子體處理更好。PS潤濕性的顯著增加是

由于表面生成了極性官能團。其中Ar是惰性氣體，等離子體對表面產生轟擊發生刻蝕，有利于液滴在表面鋪展，會提高材料表面的親水性。相比較物理刻蝕作用而言，在反應性

氣體等離子體環境中，引入的親水官能團對樣品表面的親水化起主導作用。而N₂等離子體與含有O₂的Air等離子體所接枝的官能團相比，親水性較弱。在處理時間一定時，隨處

理功率的增加，等離子室內活性粒子含量上升，同時會提高高能粒子的運動速度，增加活性粒子與PS微孔板表面的有效碰撞，使其表面形成更多的活性自由基，在材料表面引入

更多的-OH、-C=O等極性基團。

實驗結果表明，等離子清洗機處理后可以有效改善PS微孔板表面的潤濕性，Air等離子體處理在處理時間為100s，功率為300W時處理效果最好，親水性明顯提高，接觸角從95°

降低到14.82°，而Ar，N₂等離子體處理在處理時間為100s，功率為500W時處理效果最好，接觸角分別為18.90°與23.91°。