等離子體處理納米材料的優勢

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-04-17

納米材料是指在3D中至少有1D處于納米尺度范圍（1-100nm），因為尺寸接近電子的相干長度、尺度接近光的波長和具有大表面的特殊效應，所以它的特性（熔點、磁性、光學、導熱和導電特性等）不同于宏觀狀態（大塊固體）表現的特性。納米粒子異于大塊物質主要是因為其表面積相對增大，超微粒子的表面布滿了階梯狀結構，擁有高表面能的不安定原子，極易與外來原子吸附鍵結，這樣就縮小粒徑而提供了大表面的活性原子。納米材料在應用時可以直接使用，被稱為第四代催化劑的超微顆粒催化劑，因為其優越的比表面積與活性可以有效地提高催化效率和反應效率。例如，超細的銀粉、鎳粉輕燒結體作為化學電池、燃料電池和光化學電池中的電極，可以增大接觸面積，增加電池效率，便于電池的小型化。納米技術包括納米材料技術及納米加工技術。納米材料技術著重于生產納米功能性材料（如超微粉、鍍膜、納改性材料等）和性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等）。納米加工技術則主要有精密加工技術（能量束加工等）和掃描探針技術。

等離子體處理納米材料的優勢

低溫等離子體技術具有高效、常溫、環境友好等突出性能并成為當前一種有效制備材料的手段，并廣泛應用在燃料電池、傳感器、環境污染物治理、生物醫學等方面。特別是，等離子體處理材料的表面改性，可以使材料具有新的性能，經過等離子體處理后，可以提高光電材料表面的功函數，廣泛應用于生物醫用材料及光電材料領域。

與其他種類的單質氣體不同，等離子體包括三種粒子：自由電子，正離子和中性粒子。實驗室的等離子體依據電子和離子的溫度可以把等離子體分為兩種：熱等離子體和低溫等離子體。在輕度的等離子體電離系統中，離子的溫度遠遠低于等離子體的溫度，所以被稱為低溫等離子體，溫度不超過5000K；但在強等離子體電離系統中，電子的溫度和離子的溫度都非常高，因此被稱為熱等離子體，溫度一般可以達到45000K，被應用于人工可控磁約束聚變，此反應發生在托卡馬克、恒星旋轉裝置中，但這與材料的合成幾乎沒有關系。在低溫等離子體中，電子經過各種碰撞使粒子發生離解，電離和激發，最終在等離子體中形成各種粒子并應用于沉積等工藝過程中。比如（1）高能離子，濺射材料和加熱襯底；（2）電子，使化學反應發生；（3）光子，加熱襯底和引起光化學反應；（4）高活性自由基，沉積襯底或腐蝕材料；（5）未離解的部分氣體，沉積在襯底并發生反應。這些粒子使等離子體比基態沾物種更加活躍，因此。可以不用高溫加熱來就可以使有些需要高溫才反應的物質發生化學反應。與其他方法相比低溫等離子體技術具有很多獨一無二的特性：如高能粒子密度、低能需求、強催化劑活性化、操作時間短和無污染等。它可以使材料表面而得以改善而不改變其本質。但高溫處理法就可以使材料本質發生改變。而且，不同種類的氣體都可以作為等離子體源，有些氣體作為等離子體源可以產生許多元素來調整碳納米管的和石墨烯的性能，被稱為“催化劑”。等離子體中的高能電子可以誘發自由基在常溫常壓下不易發生反應的前體和產物。低溫等離子體沉積的優勢主要是因為電子的速度大于離子的速度，所以，等離子體比一般的處在等離子體區域中待處理的物質更活躍，就在物質表面形成了薄鞘層，產生了電勢和電場，離子和電子就在鞘層區加速轟擊表面是薄膜密度增加而且也無污染，進而提高了材料的性能。所以等離子體中的化學反應更易于實現和控制而且無污染。大量的研宄表明：用等離子體合成的物質性能比一般的化學方法合成的性能好。這使等離子體技術在將來的化學領域占據了越來越重要的位置，特別是在微觀科學界和納米材料方面被視為最有潛力的技術。

等離子體處理一般的材料只局限于表面，若要將材料充分處理，需要將材料制成非常薄的膜狀結構，厚度將近于數個原子尺寸級別的，要達到這種效果不論在技術上還是成本上都是非常困難的。隨著納米技術的發展，納米顆粒材料也不斷吸引著許多領域科學家的眼球，尤其是其具有1-100nm的尺寸，而且粒子間可以更好地運動，原子間隙大的原子個數也比一般的材料中的粒子間的距離大的原子數多很多，比表面積也大很多。這種結構大大提高了等離子體處理材料的效果。因為等離子體實質是電子、原子和中性粒子間的各種反應，納米材料在在等離子體處理過程中加大了粒子間的反應接觸面積，使反應更加有效地，充分地進行。等離子體可以改變納米材料因放置和熱處理發生的凝聚和團聚，因為納米材料的團聚會影響納米材料的本來的優越活性。傳統的納米材料的表面改性可分為（1）表面覆蓋改性，借助表面活性劑將高分子物質，無機物，有機物等新物質覆蓋于粒子表面，改變粒子表面的性質。（2）外膜層改性，通過給粒子表面包裹一層其他不同物質的薄膜，來改變離子表面性能。（3）表面化學接枝改性，通過在粒子表面接枝不同功能的基團來改變粒子表面性能。（4）機械化學改性，通過粉碎摩擦來改變粒子表面性能。（5）高能量表面改性，通過高能電暈放電、紫外線、等離子體射線對粒子表面進行改性。（6）沉積反應進行表面改性。

等離子體作為物質的第四態以它獨特的形式存在于整個宇宙中。它的性質、放電原理、放電裝置決定了它在各個領域的應用，特別是在光學，納米材料等領域的應用。等離子體處理表面的厚度僅由幾納米到幾十納米，不會對材料本體產生任何影響，對環境友好，無污染。有研宄表明，等離子體在處理材料時會在材料表面產生自由基。低溫等離子體處理納米粉體材料的方法就是在其表面引入活性基團，引發接枝聚合反應，并使材料的表面性能得以改善。

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