激光表面改性有機高分子材料的研究進展
發(fā)布時間：2021-06-17 11:01
有機高分子材料具有質(zhì)輕、易成型、成本低等優(yōu)點,在汽車、電子等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,但有機高分子材料的原始表面多數(shù)呈現(xiàn)化學(xué)惰性、表面能低,導(dǎo)致其應(yīng)用受限。激光表面改性技術(shù)具有柔性化程度高、區(qū)域選擇性好、可三維加工等諸多優(yōu)勢。簡要綜述了激光表面改性有機高分子材料的性能變化、機理和應(yīng)用的國內(nèi)外研究進展,表明通過激光改性可以在有機高分子材料表面形成諸如凸起、凹坑、溝槽、多孔和周期性結(jié)構(gòu)等微觀形貌,并使表面化學(xué)成分發(fā)生顯著變化,進而影響其表面潤濕性、表面能、吸附性、顏色和/或減阻等性能,這主要與有機高分子材料的自身特性、激光改性參數(shù)以及改性環(huán)境等因素密切相關(guān),而且通過控制激光改性參數(shù),還有可能實現(xiàn)對上述表面性能變化的精密調(diào)控。激光表面改性有機高分子材料在理論研究和實際應(yīng)用中都具有巨大的價值,但目前對于激光表面改性有機高分子材料的理論研究落后于應(yīng)用研究,還應(yīng)進一步加強對改性技術(shù)和機理的探索與研究。
【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
飛秒激光離焦量對改性后PMMA表面水接觸角的影響[41]
Baset等人[24]利用飛秒激光（波長800 nm，線偏振光）改性有機玻璃聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），在低能量（1μJ）單脈沖模式下形成內(nèi)壁光滑的凹坑，如圖4a所示；而高能量（4μJ）多脈沖刻蝕則凹坑內(nèi)壁形成多孔-蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，如圖4b所示。以直線方式刻蝕，能夠產(chǎn)生周期性的多孔結(jié)構(gòu)，如圖4c所示；而且掃描速度對其也有顯著的影響，高速（5 mm/s）時，周期結(jié)構(gòu)（周期1μm）的方向與掃描方向垂直；低速（0.5 mm/s）時，周期結(jié)構(gòu)（周期350 nm）與激光偏振方向平行。激光改性聚醚醚酮（PEEK)[25]、聚四氟乙烯（PTFE)[26]、聚苯乙烯（PS）和PET[27]等有機高分子材料也能形成類似的周期性結(jié)構(gòu)。圖4 飛秒激光改性PMMA表面的微觀結(jié)構(gòu)[24]
圖3 皮秒紫外、紅外激光單脈沖改性PI表面的微觀形貌[23]可見，激光改性有機高分子材料，可以使其表面產(chǎn)生豐富的微觀結(jié)構(gòu)，這也是激光表面改性有機高分子材料最直觀的表現(xiàn)。這些微觀結(jié)構(gòu)將對材料表面的粗糙度、潤濕性、吸附性、及對其他材料層的結(jié)合強度等物理性能產(chǎn)生明顯的影響。當(dāng)考察有機高分子材料對金屬離子的吸附性時，溝槽、網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)的吸附效果更好，而在有機高分子材料表面制作金屬圖案或電路時，周期性、多孔結(jié)構(gòu)獨具優(yōu)勢，因為它們對金屬層具有錨固作用，可以極大地提高與金屬層之間的結(jié)合強度。因此，在激光表面改性時，為獲得不同的、所需的表面微觀形貌，應(yīng)針對不同的有機高分子材料，選擇合適的激光參數(shù)和加工環(huán)境。在進行實際的改性實驗和加工時，一般先在較大的參數(shù)范圍內(nèi)進行預(yù)實驗，從而得到基本合適的、較小的參數(shù)范圍和主要的影響參數(shù)；然后，在此基礎(chǔ)上進行正交實驗，根據(jù)評價指標(biāo)找出合適的激光改性參數(shù)；最后，利用所得的參數(shù)進行驗證，確定最佳改性參數(shù)，進而用于實際的實驗和批量加工，確保改性的效果和可靠性。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]紫外接枝改性PP中空多孔膜表面親水性研究[J]. 周月,黃紅纓,潘君麗. 廣州化工. 2017(19)
[2]Femtosecond laser-induced surface wettability modification of polystyrene surface[J]. Bing Wang,XinCai Wang,HongYu Zheng,YeeCheong Lam. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(12)
[3]氮離子注入表面改性PBO薄膜及其性能[J]. 涂先兵,徐雨強,林家豪,季已捷,莊啟昕. 功能高分子學(xué)報. 2016(02)
[4]聚四氟乙烯材料表面激光改性與刻蝕[J]. 劉愛華,張運海,滿寶元. 光學(xué)學(xué)報. 2006(07)
碩士論文
[1]激光表面微織構(gòu)加工及減阻技術(shù)研究[D]. 李德鑫.寧波大學(xué) 2017
本文編號：3235069
【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
飛秒激光離焦量對改性后PMMA表面水接觸角的影響[41]
Baset等人[24]利用飛秒激光（波長800 nm，線偏振光）改性有機玻璃聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），在低能量（1μJ）單脈沖模式下形成內(nèi)壁光滑的凹坑，如圖4a所示；而高能量（4μJ）多脈沖刻蝕則凹坑內(nèi)壁形成多孔-蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，如圖4b所示。以直線方式刻蝕，能夠產(chǎn)生周期性的多孔結(jié)構(gòu)，如圖4c所示；而且掃描速度對其也有顯著的影響，高速（5 mm/s）時，周期結(jié)構(gòu)（周期1μm）的方向與掃描方向垂直；低速（0.5 mm/s）時，周期結(jié)構(gòu)（周期350 nm）與激光偏振方向平行。激光改性聚醚醚酮（PEEK)[25]、聚四氟乙烯（PTFE)[26]、聚苯乙烯（PS）和PET[27]等有機高分子材料也能形成類似的周期性結(jié)構(gòu)。圖4 飛秒激光改性PMMA表面的微觀結(jié)構(gòu)[24]
圖3 皮秒紫外、紅外激光單脈沖改性PI表面的微觀形貌[23]可見，激光改性有機高分子材料，可以使其表面產(chǎn)生豐富的微觀結(jié)構(gòu)，這也是激光表面改性有機高分子材料最直觀的表現(xiàn)。這些微觀結(jié)構(gòu)將對材料表面的粗糙度、潤濕性、吸附性、及對其他材料層的結(jié)合強度等物理性能產(chǎn)生明顯的影響。當(dāng)考察有機高分子材料對金屬離子的吸附性時，溝槽、網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)的吸附效果更好，而在有機高分子材料表面制作金屬圖案或電路時，周期性、多孔結(jié)構(gòu)獨具優(yōu)勢，因為它們對金屬層具有錨固作用，可以極大地提高與金屬層之間的結(jié)合強度。因此，在激光表面改性時，為獲得不同的、所需的表面微觀形貌，應(yīng)針對不同的有機高分子材料，選擇合適的激光參數(shù)和加工環(huán)境。在進行實際的改性實驗和加工時，一般先在較大的參數(shù)范圍內(nèi)進行預(yù)實驗，從而得到基本合適的、較小的參數(shù)范圍和主要的影響參數(shù)；然后，在此基礎(chǔ)上進行正交實驗，根據(jù)評價指標(biāo)找出合適的激光改性參數(shù)；最后，利用所得的參數(shù)進行驗證，確定最佳改性參數(shù)，進而用于實際的實驗和批量加工，確保改性的效果和可靠性。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]紫外接枝改性PP中空多孔膜表面親水性研究[J]. 周月,黃紅纓,潘君麗. 廣州化工. 2017(19)
[2]Femtosecond laser-induced surface wettability modification of polystyrene surface[J]. Bing Wang,XinCai Wang,HongYu Zheng,YeeCheong Lam. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(12)
[3]氮離子注入表面改性PBO薄膜及其性能[J]. 涂先兵,徐雨強,林家豪,季已捷,莊啟昕. 功能高分子學(xué)報. 2016(02)
[4]聚四氟乙烯材料表面激光改性與刻蝕[J]. 劉愛華,張運海,滿寶元. 光學(xué)學(xué)報. 2006(07)
碩士論文
[1]激光表面微織構(gòu)加工及減阻技術(shù)研究[D]. 李德鑫.寧波大學(xué) 2017
本文編號：3235069
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