材料表面与界面6

6）深度分布7.3俄歇电子能谱7.2.1测试原理1）和激发源无关2）至少两个能级三个电子参与h)()()(ZEZEZEEYXWWXY原子序数实验值在和之间2143•测试厚度：•金属0.5～2nm•氧化物1～3nm•有机物和聚合物1～3nm••测试面积：7～100nm•7.3.2俄歇电子能谱镨图7.3.3俄歇电子能谱功能①表面元素组成的定性、定量分析②表面元素键合状态的定性、定量分析③表面元素的分布④表面元素分布图⑤样品元素深度分布7.4红外光镨衰减全反射，ATRattenuatedtotalreflectance7.4.1入射临界角θφ入射角折射角12,nn折光率21sinsinnn＝90sin1'21sinnn＝'临界角'全反射7.4.2入射深度112221122cosdnnn1入射光波长2.4.3应用①本体相与表面相差别很大，如：表面镀层②衬底上的薄膜③衬底上的单分子层第八章材料表面改性8.1物理方法改性8.1.1火焰处理原理和方法：用可燃气体的氧化焰瞬时灼烧聚合物表面一般采用采用1000～2800℃的火焰处理0.01～10s(一般＜0.1s)可燃气体为：天然气、煤气、液化气应用：聚烯烃，特别是聚乙烯、聚丙烯功效：材料表面引入含氧基团，提高表面张力31cPE40提高到影响因素：①可燃性气体与空气的比例聚乙烯表面氧含量与空气/天然气比例的关系聚乙烯表面接触角与空气/天然气比例的关系②火焰强度（气体总流量）聚乙烯表面氧含量与气流量的关系聚乙烯表面接触角与总气流量的关系③材料表面与火焰的距离最佳距离0.5~1.0厘米④处理时间处理时间短氧含量低，处理效果不明显处理时间长制品容易变形、分解8.1.2电晕处理原理和方法：空气中高压放电使空气发生电离,电离后的各种粒子在高频交变电场的作用下高速冲击两极间的材料表面一般电压为1～20kV应用：聚合物薄膜功效：1）材料表面分子键断裂2）引入含氧基团表面能增加，接触角减小特别是1mm的薄膜影响因素：①电压一般电压升高，处理效果增强处理材料表面的厚度决定电压薄膜一般在15kV②电流输出电流增加，处理效果增强。当输出电流达到某临界值后,电晕处理的效果增加不多聚乙烯表面处理输出电流与聚乙烯表面张力的关系③电极与材料的缝隙通常1～2毫米④处理时间缝隙大，处理的范围大，处理效率高缝隙小，处理强度高处理时间过长,薄膜表层老化,粘附性下降；光泽变差；薄膜容易粘连8.1.3冷等离子体处理等离子体一种气体，含带负电荷、正电荷、激发态粒子，总电荷为零热等离子体，温度105～108K，由电弧、电火化等产生冷等离子体，温度102～105K由低压、高频电场激发电子（温度104～105K），撞击稀薄气体产生功效：特点：1）仅在材料的表面层(10nm)发生作用；2）作用时间短(几秒到几十秒),效率高;3）可以进行各种改性；4）工艺简单,操作方便①表面交联惰性气体下Ar、He、H2H＋P*•＋PO2气氛下H＋•②表面基团导入2OO＋OHO2OHCOOHOI.OF气氛下H＋•2FF＋HFF2F还可在N2、NH3、CO等气氛下进行等离子反应，导入相应基团反应性单体和其他载气组成气氛下进行等离子体处理③等离子体气相沉积**MPMP＋**2MMM＋……**nnMPMP＋***nn1MMM＋＋***nn2nMMM＋等离子体处理后的材料，在真空下充入单体，在材料表面上接枝④等离子体表面接枝H＋P*•＋PM•单体：丙烯酸/酯、甲基丙烯酸/酯、丙烯氰8.1.4化学镀原理和方法：利用化学还原方法在非金属材料表面沉集金属层工艺流程：粗化活化化学镀镀铜：2222CuHCOHOHCuHCOOHO镀镍：222222333223NiHPOHONiHHHPO()()nAgOHAg多糖镀银：8.1.5其他表面处理方法1）射线处理x射线、γ射线、电子束、离子束等作用：表面石墨化，增加导电性、耐磨性、生物相容性2）气相沉积贱射：离子束等轰击金属表面，使金属原子蒸发，然后沉积到材料表面上物理蒸气沉积（PVD）：加热或贱射使金属原子蒸发，然后沉积到材料表面上化学蒸气沉积（CVD）：将金属氧化物还原成金属原子，然后沉积到材料表面上8.2.化学方法改性8.2.1表面化学反应1）固液界面反应成熟技术：含氟化合物表面处理方法：萘——Na氨——Na溶液浸泡功效：切断F－C键，形成1830c处理厚度1μmCCCOOCO2）表面氧化处理聚乙烯、聚丙烯、ABS等227224::4.4:7.1:88.5KCrOHOHSOCH2CH3CH1754600反应速度3）表面氯化天然橡胶瓶塞、胶辊等进行表面处理，增加表面硬度，以及与油墨的亲和性4）表面水解用热NaOH处理PET、PA等，增加材料亲水性5）表面接枝马来酸酐常用于聚丙烯、合成橡胶，提高材料的极性*R1CONHR2*nR1CONH2OHR2+NaOH*R1COOR2*nR1COOHOHR2+NaOHHR•OOOOOO8.2.2表面接枝1）光接枝COH＋hvCOH•＋M2）氧化还原接枝OH＋•M4Ce3）等离子体表面接枝4）表面活性中心OHBrBrCH3OOBrCH3O+CuCl/CuCl2StOPStCH3O8.2.3偶联剂钛酸酯偶联剂'3()ROTiOCOR硅烷偶联剂'3()RSiORR长链烷烃'R短链烷烃＋OHOH3()RCOOTiO3()RCOOTiO'3()ROTiOCOR8.3.体相改性8.3.1共混物表面1）表面张力影响只讨论聚合物表面结构的影响PS/d-PS共混体系66%/33%PS/d-PS成分完全一样27.8/dPSPSmJm℃05000.33d-PS184℃退火3天11天31天45天低表面能物质表面富集PS/PVME共混体系50%/50%3629PSPVME表面组成PVME95％PS5％12越大表面富集越明显2）分子量影响23eKM＝－PS/PVME共混体系50%/50%PVMEMWpsMWps517~127000MWpvme990003）成型条件影响PVC/PMMA共混体系41.941.2PVCPMMATHF为溶剂非均相膜PMMA表面富集MEK为溶剂均相膜PMMA表面微富集8.3.2嵌段共聚物表面嵌段共聚物形态20%球状20～40％圆柱状40～60％层状PS－PDMS嵌段共聚物1）组分表面张力影响表面PDMS体相PDMS20％100％2）组分表面能差的影响PS－PEO嵌段共聚物3644PSPEOPS19.6~70%未形成PS表面覆盖层乙二醇与乙苯的界面张力为10.6S=44–36–10.6=-2.603）结晶的影响特例：PCL/PVC共混物42.944PCLPVCPCL48wt%时，表面、体相基本相同