论文部分内容阅读
自然界中存在着很多超疏水现象。接触角大于150°且接触角滞后很小的表面被称为超疏水表面。超疏水表面具有很多独特的表面性能，有着广泛的应用前景。近十年来，超疏水表面领域的研究非常活跃并取得了重大的进展。本文利用射频电容耦合等离子体处理A4纸以及有机玻璃(PMMA)表面，成功使它们获得了良好的超疏水性能。
制备得到的超疏水表面经由扫描电子显微镜(SEM)以及X射线电子能谱仪(XPS)进行了表征。SEM表征结果显示，A4纸在O2等离子体刻蚀处理下形成了具有一定粗糙度的微观形貌，这是在O.自由基的作用下发生的。在PMMA情形下，上极板处的刻蚀程度比下极板严重，该现象的发生主要基于上极板的自给负偏压。CF4和H2混合气体等离子体处理O2等离子体刻蚀后的A4纸，其SEM和XPS表征结果表明，表面沉积了交联程度较高、化学键状态较为复杂的碳氟化合物，且粗糙度有所增加。通过气相中发生的反应，等离子体中生成了碳氟前驱基团，刻蚀F原子以及H自由基。碳氟前驱基团与表面活化生长位结合实现碳氟化合物的沉积，F原子对该过程有阻碍作用，H自由基主要用于消耗气相中的F原子，还对碳氟前驱基团以及沉积物进行F抽取而实现碳氟沉积物中化学键状态的分布。
等离子体参数的改变对A4纸以及PMMA表面的超疏水改性有重要影响。O2等离子体情形(O2等离子体处理后，在实验确定的最佳CF4和H2混合气体等离子体参数条件下对样品沉积碳氟化合物)：放电功率的增加可以提高O·自由基的密度，从而使刻蚀程度加强，接触角随之增大；压强的变化使得电子密度和电子温度对O·自由基密度的影响可以相互弥补，接触角变化不大；处理时间延长可以提高表面粗糙度水平，接触角因而增大。CF4和H2混合气体等离子体情形(先前由O2等离子体处理)：放电从高功率处减小，F原子相对浓度减小，有利于碳氟化合物沉积，功率继续减小，会出现碳氟前驱基团不足以及H原子对F的抽取增强，接触角呈现倒U字型变化趋势；H2压强比例从零增大，碳氟前驱基团增多，F原子减少，有利于碳氟化合物沉积，比例继续增大，碳氟前驱基团减少，F原子转而增加，H原子对碳氟沉积物中F的抽取增强，接触角也呈现倒U字型变化趋势；总压强变化时，碳氟前驱基团、F原子以及H自由基三者之间存在补偿抵消效应，接触角变化不大；处理时间增加，可逐渐实现表面碳氟化合物的全覆盖，接触角增大，处理时间过长，粗糙度将有一定下降，接触角转而轻微减小。