等离子清洗是一种新型清洗技术,该技术为干式清洗,可对金属、塑料、玻璃等材料进行除油、清洗、活化等处理,具有工艺流程短,费用低等特点,并且具有不产生对环境有害物质的优点。同时由于等离子清洗中兼具物理作用与化学作用两方面的清洗效果,使得等离子清洗在污染物去除具有更广泛地适用性。

等离子清洗对K9玻璃表面性能的影响

图1所示为等离子清洗前与清洗后K9玻璃基片的透过率变化。从图中可以看出,清洗前后K9玻璃基片透过率无明显变化,表明大气常压等离子清洗并不会对K9玻璃基片的透过率产生影响。因此可以初步得出结论,在使用大气常压等离子清洗时,玻璃基片表面透过率的改变主要是由基片表面污染物的增减所致,其透过率的变化可以粗略的反应玻璃基片表面污染物的去除程度。

图1 大气常压等离子清洗中K9玻璃基片(无污染物)透过率变化图 

图2所示为清洗前后K9玻璃基片的接触角变化示意图,表2所示则为清洗前后K9玻璃基片表面接触角值。从图表中可以看出,大气常压等离子清洗后,K9玻璃基片的接触角明显变小,表明K9玻璃基片的浸水性增大。等离子清洗后接触角变小表明等离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两种情况导致。一种情况为固体本身的自由能增加,另一种情况可能为固体表面原先覆盖的低自由能物质被去除。这两种情况在等离子清洗玻璃基片的实验中均有可能出现。

图2 大气常压等离子清洗前后K9玻璃基片(无污染物)接触角变化示意图  (a)清洗前;(b)清洗后 

表2 大气常压等离子清洗前后K9玻璃基片接触角值 

在第一种情况中,由于等离子体中包含有大量高能量的分子自由基、电子和紫外线,这些成分在与表面接触时会向固体表面传递大量能量,使得固体自由能增加。由于高自由能的固体分子倾向于通过吸收作用降低其自由能,使得高自由能固体表面易被迅速污染,这点与等离子表面处理后的玻璃基片较易被污染且污染物相对更难去除相符,因此可以初步认定,等离子清洗后玻璃基片的自由能增加。

在第二种情况中,由于玻璃本身高自由能的特点,玻璃基片表面本身易被一层极薄的油脂膜层所覆盖,油脂通常来自空气,其表面自由能较低使得K9玻璃表面自由能下降。而等离子清洗可以有效去除这一层油脂,使得玻璃表面自由能恢复到原有高能态。因此通常使用的接触角测定固体表面油脂分布程度在等离子清洗中并不可靠,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

光学显微镜下K9玻璃基片等离子清洗前后表面污染物分布状况如图3所示。

图3 大气常压等离子清洗前后K9玻璃基片表面机油分布状况  (a)清洗前;(b)清洗后 

从图中可以看出,K9玻璃基片表面的油脂状机油污染物基本已经去除,但表面仍残余少量深色物质。

图4所示为污染前、污染后与清洗后K9玻璃基片的透过率变化。从图中可以看出,在机油污染物对透过率的影响较大,污染后K9玻璃的透过率下降到85%以下,而经过等离子清洗后透过率基本恢复到90%以上,表明等离子清洗能够充分去除K9玻璃表面的机油污染物。

图4 大气常压等离子清洗中K9玻璃表面机油透过率变化图

图5所示为更高倍率下清洗前后污染物的分布状况。从图中可以看出,清洗后残留物多为深色颗粒物,并且对比清洗前后两图可以发现,绝大多数深色残留物在清洗前即已存在(图5中箭头所示)。因此可以初步推测,清洗后机油的残留物为机油中原本自带的杂质,有机质机油本身则可被充分去除。

图5 大气常压等离子清洗前后K9玻璃表面机油分布状况  (a)清洗前;(b)清洗后 

根据等离子清洗的作用原理可知,大气常压等离子清洗中油脂类污染物的去除可能包括两类作用,即高能量的自由基活化降解以及臭氧分子的氧化作用。

综上所述：大气常压等离子清洗可以有效去除K9玻璃基片表明的有机污染物,使其透过率恢复到原有水平，并提升表面的亲水性能。