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等離子清洗是一種新型清洗技術,該技術為干式清洗,可對金屬、塑料、玻璃等材料進行除油、清洗、活化等處理,具有工藝流程短,費用低等特點,并且具有不產生對環境有害物質的優點。同時由于等離子清洗中兼具物理作用與化學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玻璃基片的透過率變化。從圖中可以看出,清洗前后K9玻璃基片透過率無明顯變化,表明大氣常壓等離子清洗并不會對K9玻璃基片的透過率產生影響。因此可以初步得出結論,在使用大氣常壓等離子清洗時,玻璃基片表面透過率的改變主要是由基片表面污染物的增減所致,其透過率的變化可以粗略的反應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(無污染物)透過率變化圖 

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被去除。這兩種情況在等離子清洗玻璃基片的實驗中均有可能出現。

圖2 大氣常壓等離子清洗前后K9玻璃基片(無污染物)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會向固體表面傳遞大量能量,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更難去除相符,因此可以初步認定,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,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到原有高能態。因此通常使用的接觸角測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油污染物基本已經去除,但表面仍殘余少量深色物質。

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

圖4 大氣常壓等離子清洗中K9玻璃表面機油透過率變化圖

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,并且對比清洗前后兩圖可以發現,絕大多數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,清洗后機油的殘留物為機油中原本自帶的雜質,有機質機油本身則可被充分去除。

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

根據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污染物,使其透過率恢復到原有水平，并提升表面的親水性能。