青铜器收藏爱好者都知道,考古发掘的青铜器因为长期埋藏在地下,青铜与周围环境发生反应而形成铜锈,可分为无害锈和有害锈两种。无害铜锈也是人们爱上青铜器的原因之一,它是青铜器天然形成的保护层(即包浆),可保护青铜器不受腐蚀的侵害又增加了青铜器的美感,让其更具收藏价值;而有害锈像是绿色粉末,其危害性非常的大,而且会不断扩散,造成青铜器的损坏。那么等离子清洗机是否可以帮助青铜器除锈呢?今天我们就通过实验来为大家展示一下,看看等离子清洗机怎么“吃”掉青铜器上面的锈斑,供大家参考。
出土的古青铜器通常存在锈层复杂、层次多等问题,而且有些锈蚀掩盖了其表面的纹饰或铭文,甚至造成形变而损坏;去除有害锈是保护青铜器的一项重要任务。
对于小批量收藏爱好者来说,青铜器上产生的有害锈都会被及时的清理掉,而且可选择的方法也很多,比如物理打磨、除锈液清洗等;但这些方法如操作不当都容易造成器件的损坏。我们国家每年都会出土大量的的青铜器,大家所能看到的通常都是一些具有代表性和保存完好的器件,其实还有大量的青铜器被集中收藏,这些器件同样要做好有害锈的去除,否则会造成批量的损失。
研究人员们一直在努力寻找更多的处理方式,例如激光清洗、等离子清洗都是比较好的处理方案。以下为等离子清洗机的验证测试介绍:
1 、分别用真空等离子清洗和大气射流等离子清洗机进行验证测试,测试样品选了3件。
1-1 人工培养有害锈样片
1-2 古代断戈样件
1-3 古铜钱样件
2 、真空等离子清洗测试是将样品放入真空腔体内,利用产生的等离子体与铜锈进行物理和化学反应。
由于真空等离子清洗机是在真空腔体内产生等离子体且均匀分布,所以将会对整个样件进行铜锈分解,无论是有害锈还是无害锈都能够被分解。如下图所示
由此可以证明,真空等离子清洗机能够将青铜器的铜锈去除且不损伤铜面,但无害锈也会被去除。如需保护无害锈则需增加辅助保护措施,所以此方案更适用于铜锈整体去除的应用,如古青铜器铭文和纹饰研究等。
3 、大气射流等离子清洗机测试,是利用等离子喷枪喷出的等离子体对有害锈位置进行点对点或面对面的处理,主要利用等离子体的物理加化学分解以及气体电离所产生的温度对有害锈进行去除。下图为大气射流等离子清洗机去除铜锈效果对比图。由图可以看出,左侧人工培养的铜锈已经明显去除。
通过测试证明,大气射流等离子清洗机能够有效去除有害铜锈,而且可以做到精准处理,是一种值得推广的表面处理工艺!
高分子聚合物材料同金属材料相比具有许多优点,如密度小、比强度和比模量低、耐蚀性能好、成型工艺简单、成本低廉、优异的化学稳定性、热稳定性好、卓越的介电性能、极低的摩擦系数、良好的润滑作用及优异的耐候性等,因此广泛应用于包装、印刷、农业、轻工、电子、仪表、航天航空、医用器械、复合材料等行业。
高聚物具有分子可设计性,通过等离子体表面作用可以在表面引入不同的基团来改善其性能,如亲水性、疏水性、润湿性、黏结性;引入具有生物活性的分子或生物酶,提高其 生物相容性。采用等离子体技术对聚合物材料表面进行改性,不但改善了特定环境下高分子材料的适用性能,也拓宽了常规高分子材料的适用范围,它有许多优点:操作简便,单体选择范围大;赋予改性表面各种优异的性能;表面改性层厚度极薄(从几纳米到数百纳米),只改变材料的表面性质,基体的整体性质不变;可制得超薄、均匀、连续和无孔的高功能薄膜,且该膜在基体上有强的黏着力,便于各种载体的表面成膜。
等离子体技术具有的独特表面改性效果为高分子材料改性提供了一条新途径。利用等离子体技术进行高分子材料表面改性的方法通常有等离子体处理、等离子体聚合及等离子体接枝聚合。等离子体对材料表面的作用大致有4种:清除表面杂质;表面刻蚀;表面交联和形成具有新化学结构的表面。
摘自:李娟,陈强,杨丽珍.等离子体技术表面改性高分子材料的研究进展.北京印刷学院学报.2008年12月.第16卷
等离子体与材料表面作用的物理和化学过程很复杂,不同类型的等离子体反应过程不相同,与参与反应的粒子有关,电子、自由基、正负离子、正负离子基团,中性原子、分子和光子都可能参与反应;等离子体状态参数,电子温度、电子密度、离子温度、离子密度;表面的材料,金属、半导体或高分子;材料表面的状态,化学组合、清洁度、粗糙度、氧化层等.还有表面在反应器中作为电极,器壁或样品,都将影响着等离子体与表面相互作用的物理过程和化学过程.这里先一般描述等离子体与材料表面作用的物理过程,然后叙述一些化学过程,当然物理过程和化学过程经常是密切联系的.
等离子体与材料表面作用的物理过程:
解吸:在等离子体与表面作用时,可以通过离子、电子、中性粒子、光子将能量传递给被吸附在固体表面的原子或分子,使它们克服吸附力(范德瓦尔斯力或化学键合力)而解吸离开固体表面,即离子解吸、电子解吸、中性粒子解吸和光解吸.
复合:由于负电极或由于电子快速轰击器壁表面,使器壁建立层电位而带负电性,带正电荷的粒子被吸引向负电性表面运动,这将助长了电子与正离子的复合过程.在三体碰撞中,正负电性粒子碰撞复合,复合中多余的一部分能量由第三者带走,器壁往往起第三者的作用,并加速了复合过程.
激发:入射电子与固体表面的电子碰撞,可使电子激发到更高的能级或产生电离.电子入射到固体表面可以产生俄歇电子.光子轰击固体表面产生光电子发射.此外,电子还可以激发固体中电子产生集体振荡.
溅射:当离子或中性粒子与固体表面作用时,入射粒子的动能通过碰撞级联将能量传递给表面原子,使表面原子获得超过结合能的动能而溅射出来.有些溅射粒子返回固体表面还会产生自溅射过程.其效果是降低材料表面的分子量.
注入:具有一定能量的电子、离子及中性粒子轰击固体表面,打入固体内部与固体内原子结合,引起固体结构的变化,增加材料表面的分子量.
刻蚀:等离子体中粒子与表面原子或分子结合生成挥发性产物,这些产物从表面挥发掉而造成等离子体在材料表面的刻蚀.
此外,电弧或等离子体不稳定性发作时会引起局部热沉积和蒸发.所有这些过程都是很复杂的,也是等离子体与材料表面相互作用研究的重要内容.
等离子体与材料表面作用的化学过程:
等离子体在固体表面的化学过程基本上是等离子体中的粒子诱发表面原子或分子生成新的化学键,或使原来的化学键断裂.它包括着固体表面层的化学反应、也包括固体表面与等离子体边界层的化学反应,其具体过程列举于下.
氧化:氧是强的氧化剂.当等离子体中有氧存在时,会对材料表面起氧化作用,生成氧化物或过氧化物.
还原:氧是还原剂.等离子体中的氧不仅可以使材料表层的氧化物还原,而且往往能渗透到材料较深层,使较深层的氧化物还原,如把金属氧化物中的金属还原出来.
触媒:等离子体化学反应过程中,由于某种材料(如铂电极或器壁)的存在,起了对一些化学反应过程的促进作用.
分解和裂解:在等离子体作用下,材料表面的分子会发生分解,大分子产生裂解,分子链断裂,分子量降低,并产生挥发性物质.
聚合:当等离子体中引入单体时,可在材料表面产生聚合反应.这种反应可以使等离子体条件下生成聚合物而沉积在材料表面,也可以使等离子体诱发在材料表面产生自由基,然后与单体结合,结合的方式有分子链发生交联、从侧链上接枝或官能团置换,以及嵌段聚合等. 等离子体对材料表面作用的物理和化学过程提供了使材料表面进行等离子体改性的基础。
因此选择等离子清洗/去胶设备品牌和厂家不仅仅是选择设备,更加是选择厂家给予的技术支持和服务。Alpha Plasma德国研发团队在等离子应用领域研究超过25年,对不同应用和工艺都能给予正确指导,保证达到用户工艺要求。购买设备前我们可以给与样品清洗/去胶测试,达到效果再决定购买。
摘自:左安友,袁作彬,翁祝林,熊小勇,杨建平,李兴鳌.湖北民族学院学报(自然科学版).第26卷第2期2008-06.
关键词:等离子清洗机,超声波清洗机
超声波清洗机原理主要是通过换能器,将功率超声频源的声能转换成机械振动,通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子中的清洗液。由于受到超声波的辐射,使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动。破坏污物与清洗件表面的吸附,引起污物层的疲劳破坏而被驳离,气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗。它利用的是液体中超声波的空化效应对物体表面污染物进行破坏撞击,有的应用还需辅助化学清洗剂,从而达到清洗目的。
等离子清洗机采用气体作为清洗介质,有效地避免了因液体清洗介质对被清洗物带来的二次污染。等离子清洗机外接一台真空泵,工作时清洗腔中的等离子体与清洗物的表面污染物发生反应并灰化,短时间的清洗就可以使有机污染物被彻底地清洗掉,同时污染物被真空泵抽走,其清洗程度达到分子级。等离子清洗器除了具有超清洗功能外,在特定条件下还可根据需要改变某些材料表面的性能,等离子体作用于材料表面,使表面分子的化学键发生重组,形成新的表面特性。对某些有特殊用途的材料,在超清洗过程中等离子清洗器的辉光放电不但加强了这些材料的粘附性、相容性和浸润性,并可消毒和杀菌。等离子清洗器广泛应用于光学、光电子学、电子学、材料科学、生命科学、高分子科学、生物医学、微观流体学等领域。
等离子清洗机的应用,起源于20世纪初,随着高科技产业的快速发展,其应用越来越广,目前已在众多高科技领域中,居于关键技术的地位,等离子清洗技术对产业经济和人类文明影响最大,首推电子资讯工业,尤其是半导体业与光电工业。
所以当需要对精密产品或者不适合液体清洗产品进行清洗时推荐微波等离子清洗机,而允许液体清洗的应用则可以权衡考虑是选择超声波清洗机还是等离子清洗机。有的工艺应用甚至是前一工段进行超声波清洗,后一工段紧接着是等离子清洗。两者没有绝对谁好谁坏,只是要选择符合工艺要求的清洗方式而已。
1、何谓等离子清洗机
等离子清洗机采用气体作为清洗介质,有效地避免了因液体清洗介质对被清洗物带来的二次污染。等离子清洗机外接一台真空泵,工作时清洗腔中的等离子体与清洗物的表面污染物发生反应并灰化,短时间的清洗就可以使有机污染物被彻底地清洗掉,同时污染物被真空泵抽走,其清洗程度达到分子级。等离子清洗器除了具有超清洗功能外,在特定条件下还可根据需要改变某些材料表面的性能,等离子体作用于材料表面,使表面分子的化学键发生重组,形成新的表面特性。对某些有特殊用途的材料,在超清洗过程中等离子清洗器的辉光放电不但加强了这些材料的粘附性、相容性和浸润性,并可消毒和杀菌。等离子清洗器广泛应用于光学、光电子学、电子学、材料科学、生命科学、高分子科学、生物医学、微观流体学等领域。
等离子清洗机的应用,起源于20世纪初,随着高科技产业的快速发展,其应用越来越广,目前已在众多高科技领域中,居于关键技术的地位,等离子清洗技术对产业经济和人类文明影响最大,首推电子资讯工业,尤其是半导体业与光电工业。
等离子清洗机已应用于各种电子元件的制造,可以确信,没有等离子清洗机及其清洗技术,就没有今日这么发达的电子、资讯和通讯产业。此外,等离子清洗机及其清洗技术也应用在光学工业、机械与航天工业、高分子工业、污染防治工业和量测工业上,而且是产品提升的关键技术,比如说光学元件的镀膜、延长模具或加工工具寿命的抗磨耗层,复合材料的中间层、织布或隐性镜片的表面处理、微感测器的制造,超微机械的加工技术、人工关节、骨骼或心脏瓣膜的抗摩耗层等皆需等离子技术的进步,才能开发完成。
等离子技术是一新兴的领域,该领域结合等离子物理、等离子化学和气固相界面的化学反应,此为典型的高科技产业,需跨多种领域,包括化工、材料和电机,因此将极具挑战性,也充满机会,由于半导体和光电材料在未来得快速成长,此方面应用需求将越来越大。
2、等离子清洗机的技术原理
2.1 什么是等离子体
等离子体是物质的一种存在状态,通常物质以固态、业态、气态3种状态存在,但在一些特殊的情况下可以以第四中状态存在,如太阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态,又称位物质的第四态。
等离子体中存在下列物质。处于高速运动状态的电子;处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子;分子解离反应过程中生成的紫外线;未反应的分子、原子等,但物质在总体上仍保持电中性状态。
3、等离子清洗原理简介
3.1、金属表面清洗
金属表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层,在进行溅射、油漆、粘合、健合、焊接、铜焊和PVD、CVD涂覆前,需要用等离子处理来得到完全洁净和无氧化层的表面。 在这种情况下的等离子处理会产生以下效果:
3.11灰化表面有机层
-表面会受到化学轰击
-在真空和瞬时高温状态下,污染物部分蒸发
-污染物在高能量离子的冲击下被击碎并被真空带出
-紫外辐射破坏污染物
因为等离子处理每秒只能穿透几个纳米的厚度,所以污染层不能太厚。指纹也适用。
3.12氧化物去除
金属氧化物会与处理气体发生化学反应
这种处理要采用氢气或者氢气与氩气的混合物。有时也采用两步处理工艺。第一步先用氧气氧化表面5分钟,第二步用氢气和氩气的混合物去除氧化层。也可以同时用几种气体进行处理。
3.13焊接
通常,印刷线路板在焊接前要用化学助焊剂处理。在焊接完成后这些化学物质必须采用等离子方法去除,否则会带来腐蚀等问题。
3.14键合
好的键合常常被电镀、粘合、焊接操作时的残留物削弱,这些残留物能够通过等离子方法有选择地去除。同时氧化层对键合的质量也是有害的,也需要进行等离子清洁。
4、等离子刻蚀
在等离子刻蚀过程中,通过处理气体的作用,被刻蚀物会变成气相(例如在使用氟气对硅刻蚀时,下图)。处理气体和基体物质被真空泵抽出,表面连续被新鲜的处理气体覆盖。不希望被刻蚀部分要使用材料覆盖起来(例如半导体行业用铬做覆盖材料)。
等离子方法也用于刻蚀塑料表面,通过氧气可以灰化填充混合物,同时得到分布分析情况。刻蚀方法在塑料印刷和粘合时作为预处理手段是十分重要的,如POM 、PPS和PTFE。等离子处理可以大大地增加粘合润湿面积。
5、刻蚀和灰化
PTFE刻蚀
PTFE在未做处理的情况下不能印刷或粘合。众所周知,使用活跃的碱性金属可以增强粘合能力,但是这种方法不容易掌握,同时溶液是有毒的。使用等离子方法不仅仅保护环境,还能达到更好效果。
等离子结构可以使表面最大化,同时在表面形成一个活性层,这样塑料就能够进行粘合、印刷操作。
PTFE混合物的刻蚀
PTFE混合物的刻蚀必须十分仔细地进行,以免填充物被过度暴露,从而削弱粘合力。
处理气体可以是氧气、氢气和氩气。可以应用于PE、PTFE、TPE、POM、ABS和丙烯。
6、塑料、玻璃和陶瓷的表面活化和清洁
塑料、玻璃、陶瓷与聚丙烯、PTFE一样是没有极性的,因此这些材料在印刷、粘合、涂覆前要进行处理。同时,玻璃和陶瓷表面的轻微金属污染也可以用等离子方法清洁。等离子处理与灼烧处理相比不会损害样品。同时还可以十分均匀地处理整个表面,不会产生有毒烟气,中空和带缝隙的样品也可以处理。
等离子表面处理的效果可以简单地用水来验证,处理过的样品表面完全被水润湿。长时间的等离子处理(大于15分钟),材料表面不但被活化还会被刻蚀,刻蚀表面具有最大润湿能力。常用的处理气体为:空气、氧气、氩气、氩氢混合气体、CF4等。
7、等离子涂镀
聚合
在涂镀中两种气体同时进入反应舱,气体在等离子环境下汇聚合。这种应用比活化和清洁的要求要严格一些。典型的应用是保护层的形成,应用于燃料容器、防刮表面、类似PTFE材质的涂镀、防水涂镀等。涂镀层非常薄,通常为几个微米,此时表面的亲和力非常好
在国家自然科学基金的大力支持下,中科院合肥物质科学研究院等离子体所低温等离子体应用研究室孟月东研究员带领博士研究生蒋仲庆等人组成的应用研究组,在等离子体技术制备直接醇类燃料电池关键材料应用研究中取得了新的研究成果。相关成果的论文继2009年发表在英国皇家化学学会的材料领域权威杂志《材料化学杂志》(Journal of Materials Chemistry)期刊上(并被选为封面文章),最近又一研究成果发表在国际等离子体和高分子材料权威杂志《等离子体过程与聚合物》(Plasma Processes and Polymers)上,并再次被选为封面文章。
直接醇类燃料电池作为可用于便携式电子和交通工具等设备的重要新型能源之一,已引起了研究者的广泛兴趣。当前,这方面的研究主要集中于制备高质子导电性能、低甲醇渗透性的质子交换膜以及高性能电催化剂。一些主要问题,比如质子交换膜的质子传导性能低、抗甲醇渗透能力差,可工作温度低,价格昂贵以及催化剂的甲醇电催化性能和利用率低,催化剂的耐受性差等,严重阻碍直接醇类燃料电池商业化的进程。因此,研究和制备高性能质子交换膜和催化剂具有十分重要的意义。
等离子体技术是一种集物理、化学、生物学以及工程学为一体的全新技术,已被广泛应用于材料的制备和改性,并在提高材料性能方面显示出了巨大的潜力。通常情况下,等离子体聚合反应过程中膜的形成和单体的分解同时发生,使得在膜中引入功能性官能团(例如离子交换基团)非常困难,所得的等离子体聚合膜的内在质子导电性通常比杜邦膜(Nafion膜)要低。为解决这个问题,孟月东研究员带领的应用研究组采用后辉光电容耦合等离子体 (CCP) 放电技术制备了高度功能化的等离子体聚合质子交换膜。通过对膜的功能性基团和结构的调控研究,获得了综合性能较高的质子交换膜。
另外,利用等离子体技术对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行了表面改性,并将表面改性后的MWCNTs用作金属催化剂的支撑体,实现了在MWCNTs表面引入高密度、均匀分布的表面功能性基团而不会引起碳纳米材料结构破坏的目的。因而能够保持其本身所拥有的良好电导性能,克服了常用改性方法使得MWCNTs表面功能性基团分布不均匀,石墨结构遭到严重破坏,金属纳米粒子和MWCNTs的直接接触受到阻碍,导致MWCNTs碳基载体的部分导电性能下降或阻碍金属纳米粒子和MWCNTs之间电子的迁移等难题。
将表面改性后的MWCNTs用作金属催化剂的支撑体,所得的金属MWCNTs被用于甲醇的电催化氧化反应。结果表明,等离子体表面修饰方法是一种良好的MWCNTs表面改性技术,其改性过程不会引起MWCNTs的结构破坏,而且在MWCNTs表面引入了大量有利于铂(Pt)纳米粒子沉积的功能性官能团。沉积在改性后的MWCNTs上制得的金属Pt纳米催化剂即使在低Pt负载量的情况下仍然具有高的催化能力。