等离子清洗器—表面清洗和表面处理

 PDC系列等离子清洗器是电感耦合等离子设备，该设备是物质材料表面超清洗，表面预处理和表面修饰的理想工具。等离子处理被应用于物质材料的各个方面，包括金属、陶瓷、合成物、塑料品、聚合物以及生物材料等。
    等离子清洗器广泛应用在表面工程，包括表面的清洗、表面的杀菌、消毒、表面活化、表面能量转化，对物质粘接力的预处理，改善表面化学性质，也包括了通过活化、移植和表面涂层对聚合物和生物材料的表面处理。
    PDC系列等离子清洗器不仅设计紧凑而且功能全面，涉及到了很多领域的应用：如材料科学、聚合物科学、生物材料科学、消毒、杀菌、医学移植技术和仪器、光学器件清洗以及微观流体学等。
    等离子体是一种被电离了的气体，其中包括电子、离子、中性原子或分子，其密度大约在10¹¹g／cm³，等离子体中电子和离子的能量足够用以电离中性原子，破坏分子间的化学键。
    由于等离子体具有以上的物理特性，我们利用它来处理和改善材料的表面。等离子处理仅仅是对材料的表面起作用，它不但能够彻底地清除材料表面上的有机污染物，而且不会改变材料自身的成份。它还不受表面张力的限制，能够清除粗糙、多孔表面上的有机污染物。
    等离子表面处理具有以下几个优点：首先等离子表面处理是在常温条件下进行，从而减小了材料因温差变化而遭破坏的危险性，其次是等离子表面处理高效、快速、能量耗费低，而且使用成本极低。它比化学、机械处理更容易操作和掌握，在处理过程中不会产生复杂的化学分解。最后，等离子处理不仅操作安全，而且整个过程中不会排放污染物，是绿色环保过程。

1.等离子清洗器中等离子和材料表面的相互作用：
①消融作用：
•等离子消融是具有能量的电子和离子对有杂质的材料表面轻柔冲击。
•表面的污物层（即：切削油污、表层油污、脱模剂）主要是由弱碳氢化合物组成。
•消融过程是通过等离子的机械冲击来破坏聚合有机物的共价键。
•材料表面的污物遭受了连续不断地轻柔冲击，直到它们的分子量足够低到可以在真空舱被清除掉。
•消融过程仅仅作用在污物层和材料基质的最外分子层。
•氩气被常常用作消融；它具有高的消融效能，与材料表面没有化学作用。
②活化作用：
•等离子体表面活化作用是通过如氧气、氢气、氮气、和氨气这些气体的等离子体使材料表面产生表面化学功能团来实现的。
•对于聚合物表面活化作用是来自等离子气体中化学功能团替代表面的聚合物功能团来实现的。
•等离子体冲击聚合物中弱的表面共价键，并且以反应活泼的羰基、羧基、羟基官能团替代。
•活化作用（改性）改变材料表面的化学活性和性能，如粘附性、相容性和浸润性，加强了粘附力和耐久性。
③交联：
•交联键是在聚合物分子链之间形成化学键，等离子体产生过程中使用惰性气体能够用来交联聚合物，并且产生一个更强、更坚固的基层微观表面。
④镀膜：
•等离子清洗后材料的基质表面在聚合作用下，会形成一层薄薄的聚合物涂层。
•沉积下来的这层薄薄的涂层具有各种不同的性能或物理特性，沉积物的性能或物理特性是根据特殊的气体和工艺参数的选择而决定的。
•这些沉积物涂层对基层显示了高度的交联性和更强的粘附力。

2.等离子清洗和改性中部分可选气体：
•空气：有机污物的去除（化学特性）／氧化过程／表面活化
•氮气：表面活化／沉积（氮化硅W/Si、氮化金属W/M）
•氩气：有机污物去除（消融）／交联键

PDC系列操作简介：
1.操作原理
•清洗样品放入等离子清洗器真空腔内。
•使用针阀让清洗所用的工艺气体被调整到低速（1~2 SCFH）流入腔内，并通过真空泵保持腔内气压在200~600 Mtorr。
•气体受到螺旋管电流动产生的感应RF磁场和电场的作用。
•等离子体是通过气体中的电子受到连续RF放射和碰撞加热产生的。
2.操作细节
•真空泵连接在反应舱背后的排气口处。
•针阀用来慢慢地降低真空状态，用来控制气压或为等离子清洗加入特定气体。
•等离子气体将发射出辉光，辉光的出现表明了成功的产生了等离子体。
•等离子清洗过程中的温度变化是很微小的。
3.表面清洗和改性
等离子体材料表面的作用是由以下几点来决定的：
•材料表面的杂质和基质的自然属性决定。
•操作过程中气体的使用。
•气体的压力和流速。
•RF能量高低和样品暴露的时间长短。
•对于表面清洗、样品几秒钟的暴露、真空舱的抽气、等离子体的组成常常是适当的。
•表面的清洁度可以通过观察样品的湿润度来简单的测试。如表面是清洁时，水滴将不会成珠，而是延展为均匀的薄膜。