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等離子清洗是一種新型清洗技術(shù),該技術(shù)為干式清洗,可對(duì)金屬、塑料、玻璃等材料進(jìn)行除油、清洗、活化等處理,具有工藝流程短,費(fèi)用低等特點(diǎn),并且具有不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于等離子清洗中兼具物理作用與化學(xué)作用兩方面的清洗效果,使得等離子清洗在污染物去除具有更廣泛地適用性。

等離子清洗對(duì)K9玻璃表面性能的影響

圖1所示為等離子清洗前與清洗后K9玻璃基片的透過(guò)率變化。從圖中可以看出,清洗前后K9玻璃基片透過(guò)率無(wú)明顯變化,表明大氣常壓等離子清洗并不會(huì)對(duì)K9玻璃基片的透過(guò)率產(chǎn)生影響。因此可以初步得出結(jié)論,在使用大氣常壓等離子清洗時(shí),玻璃基片表面透過(guò)率的改變主要是由基片表面污染物的增減所致,其透過(guò)率的變化可以粗略的反應(yīng)玻璃基片表面污染物的去除程度。

圖1 大氣常壓等離子清洗中K9玻璃基片(無(wú)污染物)透過(guò)率變化圖 

圖2所示為清洗前后K9玻璃基片的接觸角變化示意圖,表2所示則為清洗前后K9玻璃基片表面接觸角值。從圖表中可以看出,大氣常壓等離子清洗后,K9玻璃基片的接觸角明顯變小,表明K9玻璃基片的浸水性增大。等離子清洗后接觸角變小表明等離子清洗使元件表面自由能增加,而表面自由能的增加可能由兩種情況導(dǎo)致。一種情況為固體本身的自由能增加,另一種情況可能為固體表面原先覆蓋的低自由能物質(zhì)被去除。這兩種情況在等離子清洗玻璃基片的實(shí)驗(yàn)中均有可能出現(xiàn)。

圖2 大氣常壓等離子清洗前后K9玻璃基片(無(wú)污染物)接觸角變化示意圖  (a)清洗前;(b)清洗后 

表2 大氣常壓等離子清洗前后K9玻璃基片接觸角值 

在第一種情況中,由于等離子體中包含有大量高能量的分子自由基、電子和紫外線,這些成分在與表面接觸時(shí)會(huì)向固體表面?zhèn)鬟f大量能量,使得固體自由能增加。由于高自由能的固體分子傾向于通過(guò)吸收作用降低其自由能,使得高自由能固體表面易被迅速污染,這點(diǎn)與等離子表面處理后的玻璃基片較易被污染且污染物相對(duì)更難去除相符,因此可以初步認(rèn)定,等離子清洗后玻璃基片的自由能增加。

在第二種情況中,由于玻璃本身高自由能的特點(diǎn),玻璃基片表面本身易被一層極薄的油脂膜層所覆蓋,油脂通常來(lái)自空氣,其表面自由能較低使得K9玻璃表面自由能下降。而等離子清洗可以有效去除這一層油脂,使得玻璃表面自由能恢復(fù)到原有高能態(tài)。因此通常使用的接觸角測(cè)定固體表面油脂分布程度在等離子清洗中并不可靠,只能用于直接反映玻璃基片表面自由能的高低。

K9玻璃表面油脂的清洗

光學(xué)顯微鏡下K9玻璃基片等離子清洗前后表面污染物分布狀況如圖3所示。

圖3 大氣常壓等離子清洗前后K9玻璃基片表面機(jī)油分布狀況  (a)清洗前;(b)清洗后 

從圖中可以看出,K9玻璃基片表面的油脂狀機(jī)油污染物基本已經(jīng)去除,但表面仍殘余少量深色物質(zhì)。

圖4所示為污染前、污染后與清洗后K9玻璃基片的透過(guò)率變化。從圖中可以看出,在機(jī)油污染物對(duì)透過(guò)率的影響較大,污染后K9玻璃的透過(guò)率下降到85%以下,而經(jīng)過(guò)等離子清洗后透過(guò)率基本恢復(fù)到90%以上,表明等離子清洗能夠充分去除K9玻璃表面的機(jī)油污染物。

圖4 大氣常壓等離子清洗中K9玻璃表面機(jī)油透過(guò)率變化圖

圖5所示為更高倍率下清洗前后污染物的分布狀況。從圖中可以看出,清洗后殘留物多為深色顆粒物,并且對(duì)比清洗前后兩圖可以發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)深色殘留物在清洗前即已存在(圖5中箭頭所示)。因此可以初步推測(cè),清洗后機(jī)油的殘留物為機(jī)油中原本自帶的雜質(zhì),有機(jī)質(zhì)機(jī)油本身則可被充分去除。

圖5 大氣常壓等離子清洗前后K9玻璃表面機(jī)油分布狀況  (a)清洗前;(b)清洗后 

根據(jù)等離子清洗的作用原理可知,大氣常壓等離子清洗中油脂類污染物的去除可能包括兩類作用,即高能量的自由基活化降解以及臭氧分子的氧化作用。

綜上所述：大氣常壓等離子清洗可以有效去除K9玻璃基片表明的有機(jī)污染物,使其透過(guò)率恢復(fù)到原有水平，并提升表面的親水性能。