《等离子体聚合》PPT课件

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1、目录一等离子体的概述二低温等离子聚合三小结和展望等离子体聚合一等离子体的概述1等离子体的概念等离子体：即正负电荷数量和密度基本相等的部分电离的气体，是由电子、离子、原子、分子、光子或自由基等粒子组成的集合体。物理学上将等离子体定义为物质存在的第四种状态。热性质：焊接加工、核聚变光学性质：照明光源，气体激光器导电性：放电管、计数管电磁性质：电波传播力学性质：喷气装置的推进2等离子体的分类令电子温度为Te，中性粒子温度为Tg（1）Te=Tg热平衡等离子体或高温等离子体（2）Te>Tg非热平衡等离子体或低温等离子体这点对高分子合成很重要，因为高能量的电子可以是化学键断裂，气

2、体的温度（100~300oC）可以保持与环境温度相近,而高温等离子体气体的温度可达5000oC以上，在这样的高温环境里任何有机化合物都会分解的二低温等离子体聚合等离子体应用于高分子领域，是从1960年Goodman成功的进行了苯乙烯的低温等离子体聚合，制备出具有低导电率和优异耐腐蚀性的均匀、超薄聚合物膜以后才真正开始的。高分子化学领域所利用的等离子体经常是通过13.56MHz的射频低气压辉光放电方式生成的约5eV低温等离子体。活性基团能量活性基团能量/eV/(Kj/mol)/eV/(Kj/mol)电子离子0~200~20~19340~193.4受激分子紫外-可见光0~

3、203~200~1934209~3868表1等离子体活性种基团的能量化学键能量化学键能量/eV/(KJ/mol)/eV/(KJ/mol)H-CH3H-C2H5H-CHCH2H-CCHH-C6H5H-CH2C5H5H-CH2OHH-CH2COCH2H-OCH3H-OC6H54.54.24.75.44.83.74.14.34.53.8435406454522464358396416435367HC≡CHH2C=CH2CH3-CH3CH3-C6H5CH3-CNCH3OHCH3-ClCH-BrCH-IC6H5-Cl10.07.53.84.35.43.93.63.02.44.1

4、967725367416522377348290232232396表2有机化合物中部分化学键的键能将等离子体重各种粒子的能量与有机化合物分子中典型的键能相比较，可以清楚的看到，当有机化合物分子暴露于等离子体的环境中，处于等离子态的各种活性种的能量足以引起分子中的共价键的断裂。1低温等离子体聚合的分类低温等离子体聚合等离子体聚合等离子体引发聚合等离子表面处理聚合性等离子体反应非聚合性等离子体反应2等离子体聚合等离子聚合：利用等离子体中的电子、粒子、自由基、以及其他激发态分子等活性粒子使单体聚合的方法。其聚合机理非常复杂。2.1等离子体聚合的特点⑴适用的单体范围：几乎所有

5、的有机化合物或有机金属化合物都可以进行聚合；⑵聚合过程的可控性；⑶聚合机理和过程极其复杂。等离子体聚合与常规聚合方法相比具有如下特点：①等离子体聚合不要求单体有不饱和单元，也不要求含有两个以上的特征官能团，在常规情况下不能进行的或难以进行的聚合反应，在此体系中容易聚合且速度很快。②生成的聚合物膜具有高密度网络结构，且网络的大小和支化度在某种程度上可以控制，膜的机械强度、化学稳定性和热稳定性很好。③聚合的工艺过程非常简单。优点缺点1）易获得无针孔的薄膜2）可制得具有新型结构与性能的聚合物3）聚合膜可形成三维网状结构4）合成工艺简单，清洁5）可对物体进行涂层处理1）聚合机

6、理复杂，难以确定机理和定量控制2）聚合膜的结构十分复杂3)难得到再现性的结果4)很难做成较大厚度的膜表4等离子体聚合的优点和缺点2.2等离子体聚合的方法和装置1)辉光放电方法2)电晕放电法3)溅射法4)离子镀敷法5)等离子体CVD法内部电极型优点：电利用效率高缺点：反应条件易变动，存在等离子体表面特性或等离子体聚合膜的性能不稳定的问题。按电极的位置可分为内部电极和外部电极两种形式优点：聚合速度易于控制，得到的等离子体纯净而均匀,特别适合于高纯度物质的制备和加工。缺点:难以获得高密度的等离子体，且不适宜用作大规模生产性装置。单体真空泵基板匹配网络13.56MHz高频电源

7、外部电极型2.3等离子体聚合机理引发链增长聚合物的沉积2.3.1等离子体聚合反应的引发中心研究等离子体聚合的引发中心的关键:识别控制等离子体聚合机理的主要粒子（自由基、电子和其他激发态分子）。1)正离子机理：Wastwood根据是观察到聚合物几乎全部沉积到阴极上。2)自由基引发机理：Dearo等人根据等离子体聚合物薄膜上存在有大量的自由基。单体的电离单体与高速电子碰撞而产生电离是形成单体等离子的关键e-+AA++2e-其次是光离解作用+AA++e-已经证明，等离子体聚合中的主要活性种是自由基，通常有四种产生活性种的途径：激发态分子的解离阳离子的解离离