PDMS等离子体处理原理

聚二甲基硅氧烷简称为PDMS,是一种有机硅类聚合物。有机硅都具有共同的重复的 硅氧烷单元,分别由一个Si-O基团所组成,硅原子上可以结合很多个侧基团,如-CH3、-CH2-CH3等。该聚合物还可以与各种链末端结合,当末端基团为-CH3被-OH取代时,则可 称为端羟基PDMS;当末端-CH3被CH2=CH-取代时,则可以称为端乙烯基PDMS;其中最 常见的是与三甲基硅氧烷基团结合,其分子结构式如图1-1所示:

PDMS是一种常见的固化型弹性体。未固化的PDMS是一种粘 稠有机硅氧烷混合物,被称之为硅油。其无色无味,无毒,不挥发,具有不同聚合度的链结 构。固化后的PDMS,是一种无毒、疏水、防水、不易燃的透明惰性材料。 但PDMS也存 在一些不足。其热导率较低,焦耳热不易散失,对非极性物质吸附性较强,易被环境污染。 尤其是表面固有的高疏水性,导致其在微流控芯片键合等领域应用受限。所以,对PDMS 表面进行亲水改性,获得所需的表面能,可以极大的拓宽其应用领域。

PDMS等离子体处理原理

等离子体是一种原子被电离或被剥夺部分电子所产生的离子化气体物质,含有离子、 原子、分子的亚稳态和激发态。1879年克鲁克斯提出了“物质第四状态”,用来描述等离子 体状态。1929年汤克斯和郎谬尔在采用“等离子体”这一名词来描述气体放电产生的带 电粒子集合体,是继固、液、气三态之后的第四态。固态物质加热相变转化为液态,液态继 续加热,分子运动加剧,转化为气态。如果给予气态物质足够多的能量,这时的物质状态就 与以往认知中的气液固态不同。基于该观点,将等离子态称为“第四态”。

基于等离子体处理的材料表面一般会产生氧化效果或者是交联效果,各种空气和氧气等气体可以氧化PDMS等聚合物的表面,产生了含氧基团,而惰性气体可以使PDMS 表面产生自由基位点,活化了聚合物的表面。

当等离子体作用于固体表面,发生刻蚀作用,即曝露在外的表面材料和原有的表面污 染物生成挥发性气态物质除去,固体表面变粗糙,形成许多微细坑洼,增大了样品的比表面 积,并提高固体表面的润湿性能;PDMS中大部分的键能在0~10 eV,等离子体中的粒子能 量在0~20 eV,因此将固体表面暴露于等离子体后,材料表面物质化学键获得足够能量而被 打断,产生自由基,并形成网状的交联结构,增强了PDMS表面活性。如果引入反应性气 体,被等离子体活化的物质表面与反应性气体发生某种复杂化学反应,从而产生新的活性 基团,如氨基、烃基和羧基等,对材料表面活性有显著影响。