离子体对金属和其他有机材料表面作用

关于等离子体对金属和其他有机材料表面作用的文章很多.本工作选择了对solgel薄膜表面进行处理，研究等离子体对其表面污染和膜层本身的作用，以及薄膜性质的变化，为以后光学器件表面的氧处理提供理论依据。

　　原理及实验11反应原理solgel薄膜的表面结构疏松，存在很多孔洞，孔洞中残存有胶体溶剂（乙醇）。等离子体在去除油脂污染和乙醇过程中，产生如下化学反应：O2O+O{CH}n+O+OH2O（气态）+CO2CH3CH2OH+O+OH2O（气态）+CO2等离子体清除油污和其它大分子基团是一个逐步降解的过程，最后的生成物是CO2和水，在真空泵抽低真空条件下，随其它杂质以气体方式排出。

　　影响透过率的两个因素：a膜厚和激光波长的关系：hf=/4（hf为薄膜厚度，是激光波长）（1）b溶剂和水分对激光的吸收和散射当样品表面的乙醇和水分较多时，对激光的吸收和散射增加，因此透过率降低。反之则增加。

　　实验实验样品是K9玻璃和在K9玻璃上镀的solgel薄膜，膜层材料SiO2.其中基片经过蒸馏水和乙醇清洗后再进行等离子体清洗对比实验。

　　在清洗实验中使用harrik低温小型等离子清洗机对基片和薄膜进行处理，抽成真空充入纯度9999%的O2以产生等离子体。O2在低压、高频放电情况下，产生氧等离子体。

　　对样品进行10分钟的清洗或者不同程度的时效处理，为了确定处理的效果，处理前后进行透过率测试。环境温度保持常温，空气洁净度在100级以内。结果和讨论21与基片的对比实验利用Lambda900分光光度计来测量它们的透过率。在以下所有图中，纵坐标表示透过百分比，横坐标则是光波的波长分布。

　　基片清洗前后的透过率变化曲线是K9玻璃基片清洗过后的透过率曲线。图中a表示清洗前的透过率变化曲线，b表示清洗后薄膜的透过率曲线。清洗后透过率曲线略有提高，基片表面的残留水分和其他杂质被清除干净，对激光的吸收和散射减小，透过率增加。

　　是旋转膜清洗前后的透过率变化曲线。a、b分别表示清洗前后透过率变化曲线。薄膜在清洗后透过率变化曲线向短波长方向移动。根据式（1），在激光波长向短波长方向移动的时候，薄膜厚度（hf）值也变小。等离子体的方向性不强，可以深入到物体的微细孔眼和内部并完成清除任务。溶剂、水分和一些杂质被清除后，微孔收缩和塌陷，膜层变薄。另外，离子团轰击和烧蚀大颗粒胶体以及等离子体的刻蚀作用，使表面结构发生变化，也使薄膜变薄。而基片表面结构致密，表面所含杂质和水分较少，因此清洗后，表面结构不变，厚度也不变，透过率变化曲线没有左右移动。

　　旋转膜清洗前后的透过率变化曲线清洗之存放不同时间的透过率变化曲线22膜的时效处理薄膜在经过等离子体清洗后，存放一段时间，其透过率曲线发生变化。中，a是清洗后一小时内透过率曲线，b、c、d分别是放置1天、20天、30天后的透过率曲线。由此可见薄膜的透过率峰值在放置时间增加的情况下，不断提高。从ad，放置一个月后薄膜的透过率峰值从99%上升到995%，提高了05%.薄膜在清洗后，表面还残留少量乙醇和水，在高洁净度条件下（100级），溶剂和水分继续挥发，对激光的吸收和散射逐渐减小，透过率值逐渐增大。同时，氧等离子清洗solgel膜后，氧离子植入表面，生成很多官能团如羟基，羧基，羰基等并残留于表面，这些基团亲水性强，容易吸附空气中的水分。另外，化学膜的表面结构疏松，经过清洗后，还存在很多残余孔洞，也容易吸附空气中的杂质和水分，使透过率降低。挥发和吸附同时进行，称为薄膜的呼吸。从图中还可见到，薄膜在放置20天内，表面挥发多于吸附，透过率继续提高。而c和d基本重合，20天后膜层中的溶剂和水分与环境达到一个平衡状态。平衡后薄膜趋向稳定，透过率曲线不再移动，膜层厚度不变。等离子体是膜层厚度变化的主要作用者。

　　未清洗薄膜存放不同时间后的透过率变化曲线是不经过清洗的薄膜在放置不同时间后的透过率变化曲线。a是清洗后一小时内的透过率曲线，b、c、d分别是放置1天、20天、30天后的透过率变化曲线。与相比，曲线之间变化更大，因此薄膜在经过等离子清洗后，更加稳定。另外，与一样，透过率峰值不断提高，20天后达到平衡。在放置20天的过程中，透过率曲线向短波长方向移动，移动幅度（峰位移动50nm）较等离子体清洗后的变化（峰位移动100nm）小，如。薄膜在高洁净度情况下，表面溶剂和水分挥发，部分微孔收缩和塌陷，表面结构发生变化，膜层变薄。从上面、3、4可见，低真空的环境以及等离子体中能量高的紫外线加速了溶剂和水分的挥发，紫外线照射产生的高能原子团（自由基）和等离子体中离子团的轰击加速和加大了膜层表面微孔的塌陷和收缩，并烧蚀大颗粒胶体，使表面结构发生很大变化，膜层更薄。是两个样品在稳定后的曲线比较。a是未经过清洗薄膜放置30天后的曲线，b是经过清洗后薄膜放置30天后的曲线。经过清洗的曲线峰值略高，曲线更偏左。

　　清洗和未清洗两样品存放30天后的透过率变化曲线3结论对基片和solgel薄膜进行氧等离子体清洗处理，结果表明：（1）氧等离子体对表面的污染和水分清除更为有效；（2）氧等离子体对结构疏松的材料清洗效果更为明显，能够深入材料内层，清除里面的杂质和水分；（3）经过清洗后，薄膜结构更稳定。