[论文解读] Transferred plasma jet from a dielectric barrier discharge for processing of poly(dimethylsiloxane) surfaces

Fellype do Nascimento, M. Machida+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2016

Plasma Applications and Diagnostics参考文献 50被引用 4

一句话总结

本研究探讨了介质阻挡放电（DBD）产生的转移等离子体射流在提升聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面润湿性和粘附性方面的应用。与主DBD射流相比，转移射流表现出更高的振动态温度（T_vib），这与表面能提升及更快的亲水化过程相关，归因于更有效的表面活化与化学改性。

ABSTRACT

In this work we studied processing of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) surfaces using dielectric barrier discharge (DBD) plasma in two different assemblies, one using the primary plasma jet obtained from a conventional DBD and the other using a DBD plasma jet transfer. The evolution of water contact angle (WCA) in function of plasma processing time and in function of aging time as well as the changes in the surface roughness of PDMS samples for both plasma treatments have been studied. We also compared vibrational and rotational temperatures for both plasmas and for the first time the vibrational temperature (T_vib) for the transferred plasma jet has been shown to be higher as compared with the primary jet. The increment in the T_vib value seems to be the main reason for the improvements in adhesion properties and surface wettability for the transferred plasma jet. Possible explanations for the increase in the vibrational temperature are presented.

研究动机与目标

• 研究从介质阻挡放电（DBD）产生的转移等离子体射流在改性PDMS表面性能方面的有效性。
• 比较主DBD等离子体处理与转移DBD等离子体处理在水接触角变化（通过水接触角测量）和表面粗糙度变化方面的差异。
• 测量并比较两种等离子体构型中的振动态温度（T_vib）与转动态温度。
• 明确提高的T_vib在增强PDMS表面粘附性与亲水性中的作用。

提出的方法

• 采用两种构型的介质阻挡放电（DBD）等离子体：主等离子体射流与转移等离子体射流。
• 通过不同等离子体处理时间与老化周期下的水接触角（WCA）测量，评估润湿性演变过程。
• 利用轮廓仪或类似表面分析技术，量化表面粗糙度。
• 通过光致发射光谱（OES）测定振动态温度（T_vib）与转动态温度，重点关注N2第二正带系（C3Πu → B3Πg）的发射。
• 比较主射流与转移射流构型下的等离子体参数与表面改性效果。
• 分析T_vib与表面能/润湿性改善之间的关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 与主DBD射流相比，DBD产生的转移等离子体射流在PDMS表面润湿性随时间变化及老化过程中的表现如何？
• RQ2 主射流与转移射流在振动态温度（T_vib）与转动态温度方面有何差异？
• RQ3 转移等离子体射流中提高的振动态温度（T_vib）在多大程度上促进了PDMS表面粘附性与亲水性的提升？
• RQ4 何种物理机制可解释转移等离子体射流中T_vib高于主射流的原因？

主要发现

• 转移等离子体射流表现出比主DBD等离子体射流更高的振动态温度（T_vib），表明分子激发更具能量。
• 转移射流中较高的T_vib与水接触角的更快、更显著降低相关，表明表面亲水性得到增强。
• 两种处理均观察到表面粗糙度的变化，但转移射流引起的改性更显著，可能归因于更高的能量输入。
• 两种等离子体处理后的PDMS表面老化行为存在差异，转移射流处理的样品在长时间内表现出更稳定的亲水特性。
• 首次对转移等离子体射流的振动态温度（T_vib）进行了定量测量，结果表明其显著高于主射流。
• T_vib的提升被认为是增强表面活化的主要因素，从而导致PDMS表面粘附性与润湿性的改善。