[发明专利]使用高强度和高功率超声波增强等离子体表面改性

说明书

技术领域

本发明涉及一种物体的等离子体表面改性(modification)的方 法。本发明还涉及一种用于物体的等离子体表面改性的系统，以及一 种使其表面通过等离子体表面改性进行改性的物体。

背景技术

等离子体是离子化气体。离子、电子、高能中性微粒、自由基以 及等离子体中的紫外线发射等有效物质可以用于材料表面改性，如表 面活化/钝化、附着力提高、浸润性增强、可印刷性改善、表面清洗、 硬化、交联、固化、聚合物链分裂、着色、粗糙化、灰化、刻蚀、杀 菌、薄膜淀积、材料合成(表面处的微粒形成等)等。

主要根据使用的工艺气体，等离子体表面改性通常可以分为两 类，具有相反的效果。第一类主要侵蚀该表面，并且通常被称作“等 离子体处理”、“等离子体表面改性”、“等离子体侵蚀”(R Li等人著， Composites Pt.A 28A(1997)73-86)，或“无聚合物形成的 (non-polymer-forming)等离子体”(N Dilsiz J Adhesion Sci.Technol. 14(7)(2000)975-987)。第二类通常被称作“等离子聚合”、“有聚 合物形成的等离子体”(N Dilsiz J Adhesion Sci Technol.14(7)(2000) 975-987)或等离子体增强的化学气相淀积(PECVD)。在下文中，“等 离子体表面改性”意味着涵盖这两种类型，而“等离子体处理”用于第 一类型，“等离子聚合”用于第二类型。

如果使用的气体在其组成中具有高比例的碳和氢原子，双-或三- 键，如甲烷、乙烯、乙炔和乙醇，或如果它们是前体，如金属有机(有 机金属)气体，则该等离子体常常导致等离子聚合或PECVD。这里， 金属有机气体是包含金属、尤其是其中金属原子具有与碳原子的直接 键合的化合物的气体。否则，该等离子体将具有侵蚀(等离子体处理) 的趋势。

存在多种等离子体，包括直流等离子体、电容耦合的等离子体、 脉冲等离子体、磁控管等离子体、电子回旋共振等离子体、电感耦合 等离子体、螺旋管(helicon)等离子体、螺旋谐振器等离子体、微波 等离子体以及等离子体喷射(例如，参见A Bogaerts等人著， Spectrochimica Pt.B 57(2002)609-658)。这些等离子体中许多都在 低压力下工作，遭受到它们需要昂贵的真空系统的缺点。此外，仅仅 对于批处理或半批(semi-batch)处理较好地开发了一些方法。为了 克服这些缺点，可以使用大气压等离子体表面改性系统，这不仅避免 了对真空设备的需要，而且还允许大物体的表面改性和生产线连续表 面改性(例如，参见C Tendero等人著，Spectrochimica Pt.B 61(2006) 2-30)。

在图1中示出了现有技术等离子体应用系统，在下面更详细地进 行说明。图1图示了可在大气压下使用的众所周知的所谓电介质阻挡 放电(DBD)型的电容耦合等离子体的例子。

等离子源的其它类型或变型包括，具有基本上位于两个电极之间 的中间的单电介质阻挡或仅仅覆盖所述电极中的一个的单电介质阻 挡的电介质阻挡放电(DBD)。这种等离子源一般也被称为体放电 (VD)源，其中可以在电极表面和/或电介质表面上通常随机地分布 的薄通道中进行微放电。其它DBD等离子源包括所谓的表面放电 (SD)等离子源，一般包括电介质层上的若干表面电极和该电介质层 的相反侧上的对电极。这种SD等离子源可以包括所谓的SPCP(表 面放电引起的等离子体化学处理)放电元件或CDSD(共面扩散表面 放电)元件。在SPCP中，电极被粘附在电介质上，而在CDSD中， 电极被嵌入在电介质中。

其它类型的等离子源是，例如，所谓的等离子炬，诸如电弧等离 子体炬、冷等离子体炬(例如，参见H Mortensen等人著，Jpn.J Appl. Phys.45(10B)(2006)8506-8511)、大气压等离子体喷射(APPJ)、 笔状炬(pencil-like torch)、阻挡炬(barrier torch)，以及微波炬 (例如，参见C Tendero等人著，Spectrochimica Pt.B 61(2006)2-30)。 再一种类型的等离子源是所谓的滑动电弧(例如，参见A Fridman等 人著，J.Phys.D Appl.Phys.38(2005)R1-R24)。