射流低温等离子体改性增强聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表面亲水性研究

用空气中射流低温等离子体对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜进行表面改性,比较了改性前后PMMA表面水接触角和表面能的变化。研究了等离子体改性时间及改性距离对改性效果的影响,测量了改性后PMMA在空气中放置时的老化效应,并对改性机理进行了分析。结果表明,PMMA薄膜经射流低温等离子体改性后,水接触角下降,表面能上升,两者均在一定改性时间时达到饱和状态。当改性时间固定时,减小改性距离,可以得到更好的改性效果。改性后的材料存在老化效应,放置9天后,老化效应趋于稳定,但其表面水接触角仍远低于改性前的值。     

大气压微等离子体射流对聚酰亚胺薄膜的表面改性

聚酰亚胺具有良好的机械性能、耐热性能和耐低温性能,因而具有广泛的应用。为提高聚酰亚胺薄膜材料的表面性能,利用自行设计的大气压Ar微等离子体射流对聚酰亚胺薄膜材料进行了表面改性实验。实验研究了Ar微等离子体射流对聚酰亚胺薄膜材料的亲水性和表面能随处理时间的变化规律。测量了处理后的聚酰亚胺薄膜材料在空气中放置时的处理效果的变化情况。研究结果表明,随着处理时间的增加,聚酰亚胺薄膜的水接触角逐渐降低,而表面能逐渐增加,并且处理后的材料在空气中放置时会出现老化效应。采用原子力显微镜观察了改性前后的表面形貌,发现处理后的聚酰亚胺薄膜的表面更加粗糙,同时质量也有所减少。     

均匀介质阻挡放电改性聚丙烯薄膜的研究

用中等气压空气中均匀介质阻挡放电(DBD)产生的低温等离子体对聚丙烯(PP)薄膜进行表面改性。通过接触角和表面能测量、扫描电子显微镜(SEM)和全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)等方法,研究了等离子体改性时间和功率密度对PP薄膜表面水接触角、表面能、表面粗糙度以及表面化学成分等的影响。结果表明:PP表面水接触角和表面能先是随处理时间增加分别下降和增加,然后达到饱和状态;当处理时间一定时,功率密度越大,接触角下降的越多,表面能上升的越多;增大DBD处理的功率密度,利用更少的处理时间就能得到同样的处理效果。表面样貌及化学成分分析表明,随功率密度的增大,处理后薄膜表面的粗糙度增加,表面引入的含氧基团增多。     

介质阻挡放电处理增强聚合物薄膜表面亲水性

为提高聚合物材料的表面性能,用介质阻挡放电对聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚四氟乙烯薄膜进行表面改性,并研究了DBD等离子体处理对这些材料亲水性的影响;测量了材料表面水接触角和表面能随处理时间的变化规律及处理后的材料在空气中放置时的老化效应,并对结果进行分析。研究结果表明,3种聚合物薄膜经DBD等离子体处理后,接触角随处理时间的增加而降低,表面能随处理时间的增加而增加,二者均在一定处理时间后达到饱和值;处理后的材料在空气中放置时会出现老化效应,但即使放置12天后,材料表面水接触角仍远低于处理前的值。     

利用介质阻挡放电处理提高太阳能电池板背膜表面能

提高太阳能电池板背膜材料的表面能可以对太阳能电池板进行更好的封装,从而对生产出高性能、长寿命的太阳能电池板具有重要意义。为此,用空气中介质阻挡放电(DBD)产生的常压低温等离子体对太阳能电池板背膜材料进行表面改性,通过接触角测量仪测量了DBD改性前后背膜表面亲水性和表面能的变化,通过扫描电子显微镜(SEM)和全反射傅立叶红外光谱仪(ATR-FTIR)分析了改性前后背膜表面物理结构和化学成分的变化,并研究了处理后材料的退化效应及功率密度的影响。接触角测量结果表明,经过DBD等离子体处理后,背膜材料的表面能提高,亲水性增强,接触角和表面能均在一定处理时间达到饱和值;SEM观测发现,处理后背膜表面的粗糙度增大;FTIR分析表明,处理后的背膜表面的化学基团发生变化,引入了含氧极性基团。处理后的材料在空气中放置时会出现退化效应,但即使放置6 d后材料表面水接触角仍远低于处理前的值。增大DBD处理的功率密度,利用更少的处理时间就能得到同样的处理效果。     

射流低温等离子体处理增强环氧表面憎水性研究

为提高绝缘材料表面的憎水性,采用在Ar/SiCl_4中产生稳定的大气压等离子体射流放电对典型绝缘材料环氧板表面进行憎水性改性,通过接触角测量、表面能计算以及扫描电子显微镜(SEM)等对改性前后的环氧表面特性进行研究,探索接触角和表面能随处理时间的变化规律,并结合光谱诊断对改性机制进行了分析。结果表明:改性处理后,环氧表面形成一层致密的网状结构,表面引入了含硅基团,表面极性降低,因此表面水接触角增加,表面能降低,憎水性增强。当处理时间为180 s时,环氧表面的憎水性改性效果最好,表面水接触角由46°提高到最大值91°。     

聚酰亚胺薄膜的等离子体改性及其机理探究

为了研究大气压空气介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)对聚酰亚胺(polyimide,PI)薄膜的表面改性,文中首先利用搭建的介质阻挡放电平台测试了不同材料、不同气隙距离下的DBD电气特性及其放电图像,并获得了较为均匀的DBD放电模式。之后利用得到的等离子体对PI薄膜进行不同时间的处理,并测试了其接触角、表面能以及傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR),揭示了等离子的作用机理。研究结果表明:相对于玻璃和环氧树脂,陶瓷作为阻挡介质时其放电更为均匀;随着陶瓷间气隙距离的增大,放电持续时间和放电均匀度均减小,但放电功率密度增大,较小的气隙距离更适合于聚合物的表面改性;随着等离子体处理时间的增加,PI薄膜表面的接触角减小,而表面能增加。研究发现,等离子体处理在PI薄膜表面引入的-OH、-NH2等极性亲水基团以及刻蚀造成的粗糙度增加是其亲水性和表面能增加的主要原因。     

大气压下He和N2辉光放电等离子体对生物用薄膜表面改性的研究

生物用薄膜双向拉伸聚丙烯(BOPP)表面的惰性特性影响了其更为广泛的应用,为解决这一问题,需要在不改变薄膜主体特性的情况下对其表面特性进行改性。采用大气压下He和N2辉光放电等离子体对该薄膜进行了表面改性,并研究了等离子体各种参数对表面改性的影响。通过对该等离子体放电特性和光谱特性的研究,验证了其低温和均匀特性。大肠杆菌E.coli K12在等离子体处理后的BOPP表面的粘附性实验表明,N2体积流量和处理时间对BOPP表面改性有重要影响,加入N2的等离子体能提升BOPP膜表面的细菌粘附性。为进一步研究等离子体BOPP表面改性的机理,对等离子体处理后的BOPP进行了接触角测量、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)分析。分析表明,等离子体改性后薄膜的亲水性、活性化学功能团、表面结构发生了显著变化。     

纳秒脉冲介质阻挡放电特性及其聚合物材料表面改性

介绍了大气压空气下纳秒脉冲介质阻挡放电(DBD)的特性及其对聚酰亚胺(PI)材料表面进行的亲水性改善。利用单极性纳秒脉冲激发大气压空气中DBD,通过电气特性测量和发光图像拍摄研究了纳秒脉冲DBD的特性,获得了均匀模式的放电,并分析了气隙距离对放电特性和均匀性的影响。利用大气压下均匀放电改性PI薄膜表面,对改性前后的薄膜表面进行水接触角、表面形态和表面成分分析,并与丝状放电的改性效果进行了比较。结果表明单极性纳秒脉冲DBD电流呈双极性,放电电流、介质电压和瞬时功率等随气隙距离的增大而减小,窄间隙条件下易获得均匀放电。经DBD处理后PI表面粗糙度明显增加,静态水接触角明显减小,亲水性含氧基团被引入,从而改善了薄膜表面亲水性,且均匀放电比丝状放电处理效果更为显著。     

低温等离子体处理对变频牵引电机匝间绝缘性能影响

聚酰亚胺(polyimide,PI)因其优异的介电特性而应用于高速动车组牵引电机的匝间绝缘中。为了研究等离子体处理对其绝缘性能影响,采用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)在大气压空气中产生功率密度为24.5W/cm3低温等离子体,并对PI薄膜进行单、双面改性,通过测试接触角、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、电晕击穿时间等来研究其性能变化。研究结果表明:随等离子体处理时间的增加,薄膜的接触角逐渐下降,而表面能则逐渐增加,等离子体在薄膜表面引入的—NH2、—COOH、—OH等极性亲水基团是其表面性能改变的主要原因;单层PI薄膜的耐电晕时间随改性时间的增加先增大后减小,且当改性时间为10 s时,其耐电晕时间最大,相对于未改性的PI膜提高了17.7%;双面改性双层叠加PI膜的耐电晕时间相较于未改性的双层叠加PI膜提高了30.3%。研究发现,一定程度的等离子体处理(小于10 s)可在PI膜表面引入极性基团,进而增强其表面电荷扩散能力,增大其表面电荷注入难度,提高单、双层薄膜的耐电晕能力。此外,双层薄膜的耐电晕性能的提高还与层间界面的改善有关。     

大气压介质阻挡放电对聚丙烯隔膜表面改性的研究

为了提高聚丙烯电池隔膜亲水性,用大气压氦气/空气介质阻挡放电(DBD)等离子体对其表面改性。用示波器测量了DBD的伏安特性,通过蒸馏水的接触角测量、X射线光电子能谱(XPS)分析、扫描电子显微镜(SEM)观察等手段对大气压氦气/空气DBD等离子体处理前后聚丙烯隔膜表面性质进行表征,同时分析样品亲水性的时效性。实验结果表明,大气压DBD等离子体处理过后聚丙烯隔膜表面引入了含氧极性基团(如C-OH,C=O,HO-C=O等),使表面蒸馏水的接触角显著下降,样品表面亲水性显著提高。     

预电离大气压低温等离子体射流及其在表面清洗中的应用

具有高化学活性的大气压放电低温等离子体射流具有潜在的应用价值。为此,介绍了一种利用预电离办法产生Ar/O2等离子体大气压低温射流及其在表面油污清洗中的应用。采用针电极放电等离子体作为预电离源,为射流介质阻挡放电(DBD)提供种子电子,使得射流DBD的击穿与维持电压得以降低,即使在氧气与氩气体积比高达6%时,也可以产生均匀稳定的放电模式。采用光纤温度传感器检测得到放电等离子体气体温度在390～440K,而Boltzmann斜率法计算得到的电子激发温度为4640K,通过示踪元素法计算得到氧原子数密度在1017 cm-3量级。将该射流应用到玻璃表面油污清洗,最大清洗速率可达0.1mm/s。所以预电离技术可以产生具有高化学活性的均匀放电的大气压低温等离子体射流,该射流在表面油污清洗中具有较高效率。     

多针-平板介质阻挡放电提高玻璃表面憎水性的研究

用大气压空气中多针-平板电极结构的DBD对玻璃表面进行憎水性改性。通过测量水接触角、表面电阻和湿闪电压等研究了这两种形式DBD产生的等离子体处理前后玻璃的表面特性以及处理电压和处理时间对改性效果的影响。结果表明：在玻璃表面涂一层二甲基硅油并经等离子体处理后，能在玻璃表面生成一层长效、致密的憎水膜。随处理电压和处理时间的不同，改性效果不同，当处理电压10kV、处理时间8min时提高憎水性效果最明显。     

等离子体射流快速改性促进表面电荷衰减

随着高压直流输电迅猛发展,绝缘材料在直流电压下表面电荷积聚现象严重威胁直流输电系统的安全可靠运行。为加快绝缘材料表面电荷的消散,采用大气压等离子体射流,以TEOS为前驱物,在环氧树脂表面沉积SiO_x薄膜。对改性前后材料表面化学组成、表面电导率、表面电荷特性、表面陷阱分布以及耐压特性进行多参数测量,研究等离子体射流改性前后环氧树脂表面特性。实验结果表明:等离子体处理在环氧树脂表面引入大量以Si-O-Si及Si-OH基团为主的无机基团,且表面电导率提高2个数量级。随着改性时间的延长,表面电荷的初始积聚量减少,消散速度加快,陷阱能级深度变浅;沿面闪络电压呈现先增后降的趋势,在改性180s时闪络电压提高到最高值9.0k V。研究结果表明:通过大气压等离子体射流在聚合物表面沉积薄膜能够提高环氧树脂绝缘性能,为其工程应用提供了有效的改性方法。     

大气压介质阻挡放电对多壁碳纳米管表面改性及其气敏特性

H2S是气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)内部一些潜伏性绝缘缺陷产生放电的重要的特征组分气体之一,检测它对设备运行状态的诊断和评估有着重要的意义。为此,采用大气压介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体对多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)进行了表面改性。实验研究了改性前后MWNTs对体积分数为50×10-6的H2S标气的气敏特性的影响以及不同改性时间对其气敏特性的影响,结果表明,改性后的MWNTs对H2S在灵敏度和响应时间方面都有较大幅度的改善;改性时间为60s的MWNTs的气敏特性要优于其它时间。对处理前后的MWNTs进行了扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)分析,结果显示,经DBD等离子体处理后的MWNTs表面变粗糙,缺陷增加,其表面引入了羟基、羧酸根和C-O等含氧基团。     

Basic characteristics of Ar/N2 atmospheric pressure nonequilibrium microwave discharge plasma jets

To understand the mechanism of surface processing by atmospheric pressure nonequilibrium microwave discharge plasma jets of coaxial type without a resonator, we measured the vibrational and rotational temperatures in plasmas using optical emission spectroscopy. The plasma was excited by a microwave power supply, using a gas mixture of Ar and N₂ as the plasma gas, and changing the flow rate of N₂ gas. We also measured the change in the contact angle of a PET film before and after the plasma processing. It decreased as the plasma rotational temperature increased, indicating that the hydrophilicity of the PET surface was improved as the plasma rotational temperature became higher. © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于同轴直管和倒置锥形管的氩大气压等离子体射流放电形态的实验和仿真

为了研究同轴直管和倒置锥形管对氩气大气压等离子体射流(APPJ)放电形态的影响,首先进行实验,并通过建立二维轴对称模型,耦合求解连续性方程、Navier-Stokes方程、k-ε湍流方程和粒子质量输运方程,数值仿真两种管体中的氩气流的摩尔分数分布。相关结果表明,层流状态下,直管中的放电沿着管壁发展且不稳定;倒置锥形管中放电稳定,且集中在管体轴部。在层流状态下,与传统的同轴直管相比,采用锥管能够改善氩气流场分布,管体内存在较低氩气摩尔分数形成的薄层,阻碍了沿面放电的发生,保证了放电的稳定性。而湍流状态下,由于径向扩散效应,两管体中氩气摩尔分数分布差异变小,等离子体放电的形态差异不大。