文 献 综 述

一.课题研究背景及意义

随着工业生产的迅速发展，材料的应用领域越来越广，对材料表面性能的要求也越来越高，为此人们采用了多种方法对材料进行表面改性，以提高其表面性能从而适应不同的应用要求。文献报道的方法有湿化学法、力化学粘接法、高温熔融法、辐射法、离子束注入法、等离子处理法、准分子激光处理法、电解还原法等。其中在工业化生产中得到应用的只有湿化学法和等离子处理法。其中等离子体技术利用高压放电产生等离子体，其包含大量高活性自由基、电子、离子、激发态粒子等，是一种分子活化新技术，可替代高污染、高能耗、高成本、反应条件苛刻的传统化学工艺，具有处理过程绿色环保、节能高效的特点，符合我国能源与环保战略需求。目前，工业应用的等离子体大多是在几百帕的低气压下通过气体放电产生的辉光放电，但对于大规模工业生产，低气压等离子体存在两个重要的缺点:(1)放电反应室处于低气压状态，需采用真空系统，投资高且应用复杂； (2)采取低效率的分批处理需要不断的打开真空室取出成品、添加试品，然后重新抽真空，充入工作气体，难于连续生产。

介质阻挡放电（DBD）能够在大气压下产生大面积低温等离子体，其作为一种非平衡低温等离子体源在材料表面处理、生物医疗、等离子体显示、环境保护、能源化工等领域具有极大的研究和应用价值。在材料表面处理领域，DBD 等离子体与材料表面作用后可以打开表面化学键而形成新键，使表面发生物理、化学变化，从而提高表面性能。DBD改性只涉及表面纳米级别深度范围内，而基体性能不受影响，是材料表面处理的理想等离子源。大气压DBD等离子体材料表面改性是等离子体处理实现工业化的新方法，有效地克服传统的湿法化学法和低气压辉光放电处理的缺点，成为材料表面改性的发展方向^[1-3]。

高分子聚合物材料，如聚四氟乙烯(PTFE)、涤纶树脂（PET）、尼龙（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，广泛应用于电气设备的绝缘材料，其表面性能对于电力设备安全运行有着重要的影响。提高PTFE等绝缘材料表面性能如表面电阻和憎水性可有效提高防止污闪、湿闪发生。利用DBD产生等离子体，可对PTFE等高分子聚合物表面改性，提高其表面憎水性，可有效增强其绝缘性能。因此，本课题利用DBD对PTFE表面进行憎水改性，研究放电参数对其表面改性效果影响，获得DBD憎水改性最优实验条件并探索提高表面憎水性机理，对完善DBD材料表面改性理论，推进其在材料表面改性工业应用等方面具有重要意义。

二．研究现状

DBD表面改性技术可以有效改善材料表面性能，同时还具有工艺简单 、操作方便 、环保节能等优点,十分适合于大规模连续化工业应用，具有很大的经济意义和推广价值^[4-7]。国内外多个研究小组已开展大量理论和实验研究，并在DBD特性及其材料表面改性应用方面取得相当的研究进展^[8-11]。

DBD的放电效率受到很多因素的影响，如外加电压幅值、气体间隙距离、电极形式、放电气体种类以及作为阻挡层的介质材料性质^[12-15]。为了能在实际应用中优化反应器设计，提高放电效率，Ishikawa等^[16]研究了分别利用高频交流电源和脉冲电源驱动的空气DBD来改性PTFE的效果，发现脉冲电源驱动的DBD能够很好地避免交流高频电源造成的材料发热现象，因此能取得较好的效果。研究还表明，过高的工作频率和过长的处理时间都没有必要，在工作频率为10kHz下对PTFE处理20s后接触角就从120#176;降到了最小值70#176;。罗毅等^[17]进行了许多的试验，得出了试验装置选用介电常数较大、厚度较薄的材料作为阻挡层，采用间隙距离较小的气隙，并尽可能提高工作电压，能获得较为强烈的介质阻挡放电，为获得较大功率的介质阻挡放电提供了实验基础。在有了丰富的理论知识和完备的试验设备的情况下，介质阻挡放电用于材料表面改性的研究也取得了不小的进展^[18-20]。任春生等^[22]利用氮气和空气的DBD对聚乙烯表面进行改性，实验结果表明，氮气-DBD改性后材料的表面成分和表面形貌变化大与空气-DBD改性。王坤等^{[23, 24]}先后进行了多次试验，在大气压下利用空气、氦气、氮气对聚乙烯表面进行改性，经过一系列试验以及结果的比对，确定了日后工作的努力方向是致力于研究大气压下均匀的空气DBD改性聚合物，并发现，在处理过程中加入吹风系统对于改善聚乙烯表面吸湿性有较大作用。在前人的经验下，方志等^{[25, 26]}用中等气压空气中均匀介质阻挡放电产生的低温等离子体对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)两种聚合物薄膜进行表面改性，处理后，这两种薄膜表面的亲水性提高，表面特性得到优化，扩大了它们的应用范围。还有很多其他国内外的研究小组也做了很多类似的试验，在不同气压条件下用不同气体的DBD对不同材料表面进行了改性，扩大了各种材料的应用范围，解决了很多工业上应用的问题。

三．发展趋势

DBD等离子体材料表面改性是一种新型的表面改性方法，它可以有效地改善材料表面性能，且凭借其独特的优点使其具有其它传统方法不可比拟的优势。在今后的工作中，应该会加强基础研究，更深入地探索DBD等离子体的物理机理和影响因素、处理均匀性、时效性、参数优化等问题，同时继续探索开拓新的应用领域。总之，随着理论研究的深入和技术问题的突破，该技术必将得到大规模的工业化应用，在提高材料表面性能、开创材料新的应用领域方面发挥至关重要的作用。