激光表面改性有机高分子材料的研究进展
发布时间：2021-06-17 11:01
有机高分子材料具有质轻、易成型、成本低等优点,在汽车、电子等领域有广泛的应用,但有机高分子材料的原始表面多数呈现化学惰性、表面能低,导致其应用受限。激光表面改性技术具有柔性化程度高、区域选择性好、可三维加工等诸多优势。简要综述了激光表面改性有机高分子材料的性能变化、机理和应用的国内外研究进展,表明通过激光改性可以在有机高分子材料表面形成诸如凸起、凹坑、沟槽、多孔和周期性结构等微观形貌,并使表面化学成分发生显著变化,进而影响其表面润湿性、表面能、吸附性、颜色和/或减阻等性能,这主要与有机高分子材料的自身特性、激光改性参数以及改性环境等因素密切相关,而且通过控制激光改性参数,还有可能实现对上述表面性能变化的精密调控。激光表面改性有机高分子材料在理论研究和实际应用中都具有巨大的价值,但目前对于激光表面改性有机高分子材料的理论研究落后于应用研究,还应进一步加强对改性技术和机理的探索与研究。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
飞秒激光离焦量对改性后PMMA表面水接触角的影响[41]
Baset等人[24]利用飞秒激光（波长800 nm，线偏振光）改性有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），在低能量（1μJ）单脉冲模式下形成内壁光滑的凹坑，如图4a所示；而高能量（4μJ）多脉冲刻蚀则凹坑内壁形成多孔-蜂窝状的结构，如图4b所示。以直线方式刻蚀，能够产生周期性的多孔结构，如图4c所示；而且扫描速度对其也有显著的影响，高速（5 mm/s）时，周期结构（周期1μm）的方向与扫描方向垂直；低速（0.5 mm/s）时，周期结构（周期350 nm）与激光偏振方向平行。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]等有机高分子材料也能形成类似的周期性结构。图4 飞秒激光改性PMMA表面的微观结构[24]
图3 皮秒紫外、红外激光单脉冲改性PI表面的微观形貌[23]可见，激光改性有机高分子材料，可以使其表面产生丰富的微观结构，这也是激光表面改性有机高分子材料最直观的表现。这些微观结构将对材料表面的粗糙度、润湿性、吸附性、及对其他材料层的结合强度等物理性能产生明显的影响。当考察有机高分子材料对金属离子的吸附性时，沟槽、网状等结构的吸附效果更好，而在有机高分子材料表面制作金属图案或电路时，周期性、多孔结构独具优势，因为它们对金属层具有锚固作用，可以极大地提高与金属层之间的结合强度。因此，在激光表面改性时，为获得不同的、所需的表面微观形貌，应针对不同的有机高分子材料，选择合适的激光参数和加工环境。在进行实际的改性实验和加工时，一般先在较大的参数范围内进行预实验，从而得到基本合适的、较小的参数范围和主要的影响参数；然后，在此基础上进行正交实验，根据评价指标找出合适的激光改性参数；最后，利用所得的参数进行验证，确定最佳改性参数，进而用于实际的实验和批量加工，确保改性的效果和可靠性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]紫外接枝改性PP中空多孔膜表面亲水性研究[J]. 周月,黄红缨,潘君丽. 广州化工. 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]氮离子注入表面改性PBO薄膜及其性能[J]. 涂先兵,徐雨强,林家豪,季已捷,庄启昕. 功能高分子学报. 2016(02)
[4]聚四氟乙烯材料表面激光改性与刻蚀[J]. 刘爱华,张运海,满宝元. 光学学报. 2006(07)
硕士论文
[1]激光表面微织构加工及减阻技术研究[D]. 李德鑫.宁波大学 2017
本文编号：3235069
【文章来源】：表面技术. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
飞秒激光离焦量对改性后PMMA表面水接触角的影响[41]
Baset等人[24]利用飞秒激光（波长800 nm，线偏振光）改性有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），在低能量（1μJ）单脉冲模式下形成内壁光滑的凹坑，如图4a所示；而高能量（4μJ）多脉冲刻蚀则凹坑内壁形成多孔-蜂窝状的结构，如图4b所示。以直线方式刻蚀，能够产生周期性的多孔结构，如图4c所示；而且扫描速度对其也有显著的影响，高速（5 mm/s）时，周期结构（周期1μm）的方向与扫描方向垂直；低速（0.5 mm/s）时，周期结构（周期350 nm）与激光偏振方向平行。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]等有机高分子材料也能形成类似的周期性结构。图4 飞秒激光改性PMMA表面的微观结构[24]
图3 皮秒紫外、红外激光单脉冲改性PI表面的微观形貌[23]可见，激光改性有机高分子材料，可以使其表面产生丰富的微观结构，这也是激光表面改性有机高分子材料最直观的表现。这些微观结构将对材料表面的粗糙度、润湿性、吸附性、及对其他材料层的结合强度等物理性能产生明显的影响。当考察有机高分子材料对金属离子的吸附性时，沟槽、网状等结构的吸附效果更好，而在有机高分子材料表面制作金属图案或电路时，周期性、多孔结构独具优势，因为它们对金属层具有锚固作用，可以极大地提高与金属层之间的结合强度。因此，在激光表面改性时，为获得不同的、所需的表面微观形貌，应针对不同的有机高分子材料，选择合适的激光参数和加工环境。在进行实际的改性实验和加工时，一般先在较大的参数范围内进行预实验，从而得到基本合适的、较小的参数范围和主要的影响参数；然后，在此基础上进行正交实验，根据评价指标找出合适的激光改性参数；最后，利用所得的参数进行验证，确定最佳改性参数，进而用于实际的实验和批量加工，确保改性的效果和可靠性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]紫外接枝改性PP中空多孔膜表面亲水性研究[J]. 周月,黄红缨,潘君丽. 广州化工. 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]氮离子注入表面改性PBO薄膜及其性能[J]. 涂先兵,徐雨强,林家豪,季已捷,庄启昕. 功能高分子学报. 2016(02)
[4]聚四氟乙烯材料表面激光改性与刻蚀[J]. 刘爱华,张运海,满宝元. 光学学报. 2006(07)
硕士论文
[1]激光表面微织构加工及减阻技术研究[D]. 李德鑫.宁波大学 2017
本文编号：3235069
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