王衛(wèi)芳

【摘 要】利用介質(zhì)阻擋（DBD）型低溫等離子體設(shè)備對(duì)聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜進(jìn)行表面處理，通過改變等離子體處理?xiàng)l件，觀察PDMS薄膜表面接觸角，表面形態(tài)的變化，探究其對(duì)PDMS表面潤(rùn)濕性能，黏附性的影響。經(jīng)過等離子體處理，PDMS的接觸角發(fā)生明顯的減小，PDMS薄膜的親水性增強(qiáng)，PDMS薄膜表面的潤(rùn)濕性能和吸附性能得到改善。

【關(guān)鍵詞】DBD型低溫等離子體；PDMS薄膜；潤(rùn)濕性；接觸角

Effect of DBD Low Temperature Plasma Treatment on the Surface Properties of PDMS Film

【Abstract】The surface treatment of PDMS film was studied by DBD type low temperature plasma equipment. The change of surface contact angle and surface morphology of PDMS film was observed by changing the plasma treatment conditions， and its effect on PDMS surface wettability and adhesion was investigated. After the plasma treatment， the contact angle of PDMS is obviously reduced， the hydrophilicity of PDMS film is enhanced， and the wettability and adsorption performance of PDMS film are improved.

【Key words】DBD low temperature plasma； PDMS film； Wettability； Contact angle

近年來，低溫等離子體對(duì)高科技經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生著巨大的影響，其中大氣壓下，DBD型低溫等離子體與真空中產(chǎn)生的等離子體相比，由于其多功能性，操作容易性，受到人們的關(guān)注。此裝置采用雙介質(zhì)層的阻擋放電機(jī)理，放電性更加均勻，不直接與放電氣體接觸，避免了電極腐蝕，被廣泛用來制造特種優(yōu)良性能的新材料、并與生物傳感技術(shù)結(jié)合，檢測(cè)唾液等各種體液中的生物標(biāo)志物，以進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷。

PDMS聚合物材料由于具有良好的化學(xué)惰性，熱穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，然而，由于它的表面能低，機(jī)械穩(wěn)定性差，其黏附性受到限制。因此可通過等離子體處理來改善其親疏水性，改善PDMS的黏附性。

低溫等離子體處理改變聚合物表面的黏附性已被應(yīng)用于改善原棉織物的親疏水性。它們通過測(cè)量材料表面的接觸角，來間接反映聚合物的黏附性，接觸角越小，黏附性越高，同時(shí)也說明潤(rùn)濕性越好。

本文使用DBD型低溫等離子體裝置，探究不同處理方法對(duì)PDMS表面性能的影響，運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）捕獲PDMS的高分辨率圖像，觀察表面形態(tài)的變化，并運(yùn)用LU160M相機(jī)捕獲接觸角圖片，用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)接觸角進(jìn)行分析處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與原理

采用CTP-2000K型電源供電的低溫等離子體處理裝置（南京蘇曼等離子體有限公司生產(chǎn)），在不同條件下（時(shí)間、阻擋介質(zhì)）對(duì)PDMS薄膜進(jìn)行處理。LU160M相機(jī)，艾格科技有限公司。PDMS薄膜是選取PDMS溶液與固化劑按10：1的比例混合攪拌均勻，放入真空泵中抽取攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡，再均勻涂敷在載玻片上，放入烘箱，在120 溫度下，烘干2h。

DBD型低溫等離子體裝置是通過在兩個(gè)平行電極間放入阻擋介質(zhì)，加載高壓交流脈沖電源，通過單相接觸調(diào)壓器產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的高壓正弦波，旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)范圍為0～250V，通過調(diào)節(jié)電壓旋轉(zhuǎn)，從而使介質(zhì)阻擋放電等離子體產(chǎn)生均勻的放電細(xì)絲。

圖1 DBD等離子體放電裝置

1.2 低溫等離子體處理

將涂敷有PDMS薄膜的載玻片放入等離子體裝置上下電極之間，設(shè)定等離子體處理參數(shù)（包括時(shí)間、阻擋介質(zhì)等），處理完畢，使用LU160M相機(jī)捕獲接觸角圖片，用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)接觸角圖片進(jìn)行分析。

1.3 分析測(cè)試

1）表面形態(tài)。用電子顯微鏡觀察PDMS薄膜的表面形貌。

2）接觸角。低溫等離子體處理載玻片5min內(nèi)，用image J軟件捕獲0.05ul去離子水滴在PDMS薄膜上的靜態(tài)接觸角。

2 結(jié)果與分析討論

2.1 處理前后表面形態(tài)的變化

在不同條件下對(duì)PDMS表面進(jìn)行處理，在40W和120W條件下處理材料5min，在電子顯微鏡下進(jìn)行掃描，得到表面形態(tài)如圖2所示，從圖2a可以看出，未處理的PDMS表面光滑平整，處理后的圖片（b～d），可以觀測(cè)到許多被等離子體刻蝕的凹槽，相同處理時(shí)間下，功率越高，凹槽越多，且隨著功率的增加，凹槽寬度加寬。

a

b

c

d

圖2電子顯微鏡下，PDMS表面形態(tài)（a）未處理（b）功率40W，處理5min（c）120W，處理5min（d）功率120W，處理15min

2.2 處理前后的表面接觸角變化

2.2.1 處理時(shí)間不同

在處理功率20W的情況下，改變處理時(shí)間，可得到處理時(shí)間與接觸角的關(guān)系曲線，如圖3所示。從圖3可見，未處理的PDMS薄膜具有明顯的惰性和疏水性，隨著處理時(shí)間的增加，疏水性減弱，親水性逐漸增加。這說明等離子體處理后，PDMS表面的健被打斷，同時(shí)又引入了空氣中 ，使得PDMS膜表面形成大量的 和O-O健，這些含氧基團(tuán)具有很強(qiáng)的親水性，使得其表面潤(rùn)濕性得到提高。

圖3 接觸角與處理時(shí)間的關(guān)系

2.2.2 阻擋介質(zhì)不同

分別選取氧化鋁陶瓷，聚四氟乙烯作為阻擋介質(zhì)，在相同功率，相同處理時(shí)間情況下，測(cè)量處理后的不同時(shí)間下，接觸角變化情況。通過Origin軟件分析數(shù)據(jù)結(jié)果，如圖5所示，從圖中可見，氧化鋁陶瓷作為阻擋介質(zhì)時(shí)， PDMS的親水性更強(qiáng)，且在不同時(shí)間下，聚四氟乙烯的親水性變化比較緩慢，這是由于相同功率下，聚四氟乙烯對(duì)材料的處理更加均勻。

圖4 阻擋介質(zhì)對(duì)PDMS接觸角的影響

3 結(jié)論

DBD型低溫等離子體可以在大氣壓下對(duì)空氣中的PDMS薄膜進(jìn)行表面改性處理，通過改變不同的等離子體處理?xiàng)l件，在電子顯微鏡下可以明顯觀察到薄膜表面粗糙度的變化。對(duì)接觸角數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出親疏水變化情況。同時(shí)，選取聚四氟乙烯和氧化鋁陶瓷作為阻擋介質(zhì)，可以間接地揭示出阻擋介質(zhì)對(duì)材料表面均勻性的影響。因此，可以選取不同的阻擋介質(zhì)，來改善材料的均勻性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王云英，陳玉如，孟江燕，等.低溫等離子體處理?xiàng)l件對(duì)低密度聚乙烯薄膜表面性能的影響[J].表面技術(shù)，2013，42（6）.

[2]Juárez-Moreno J A， vila-Ortega A， Oliva A I， et al. Effect of wettability and surface roughness on the adhesion properties of collagen on PDMS films treated by capacitively coupled oxygen plasma[J].Applied Surface Science， 2015， 349：763-773.

[3]Bodas D， Khan-Malek C. Direct patterning of quantum dots on structured PDMS surface[J].Sensors & Actuators B Chemical， 2007，128（1）：168-172.

[責(zé)任編輯：張濤]endprint