MC應(yīng)用｜如何實(shí)現(xiàn)納米級清洗？

具有可控和可調(diào)節(jié)表面化學(xué)性質(zhì)的清潔表面對于改善材料的界面，生物和電子性能，以獲得*佳的設(shè)備和結(jié)構(gòu)性能至關(guān)重要。等離子體表面處理可去除納米級有機(jī)污染物，并在不影響整體材料的情況下改變表面化學(xué)性質(zhì)。

等離子清洗的好處

等離子體清潔是通過化學(xué)反應(yīng)（O 2  或空氣等離子體）或物理消融（Ar等離子體）去除有機(jī)污染物。等離子體處理還在表面上引入了化學(xué)官能團(tuán)（羰基，羧基，羥基），使大多數(shù)表面具有親水性，水接觸角的減小和潤濕性的提高。清潔且親水的表面通常對于促進(jìn)附著力和增強(qiáng)與其他表面的粘合至關(guān)重要。此外，血漿可用于消毒和去除表面上的微生物污染物，對生物醫(yī)學(xué)和生物材料的研究應(yīng)用有利。

應(yīng)用范例

可以對表面進(jìn)行等離子清潔，而不會影響材料的整體性能。這樣，等離子體處理可以應(yīng)用于多種材料以及復(fù)雜的表面幾何形狀。以下是在我們的等離子儀器中處理過的示例應(yīng)用和樣品：

• AFM懸臂，用于表面形態(tài)和摩擦力測量

• 后續(xù)沉積之前的玻璃和半導(dǎo)體晶圓

• 用于微流控器件制造的圖案化聚二甲基硅氧烷（PDMS）基板

• 電子顯微鏡（EM）網(wǎng)格

• 自組裝實(shí)驗(yàn)的金表面

• 用于細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程的纖維聚合物支架

• 用作電極的碳納米管

• 石英晶體用于石英晶體微量天平（QCM）測量

• 用于光譜測量（ATR-FTIR）的光學(xué)和晶體（石英，Ge，ZnSe）

• 經(jīng)過等離子體處理的納米粒子可調(diào)節(jié)粒徑并改變表面化學(xué)性質(zhì)

   

在3個不同的硼硅酸鹽玻璃表面上的水滴接觸角測量：

（a）涂有鹵化碳蠟（92°）

（b）未經(jīng)處理的（32°）

（c）使用Harrick等離子清洗機(jī)等離子清潔的氬氣（ <10°）

【資料來源：Sumner, A. L., E. J. Menke, Y. Dubowski, J. T. Newberg, R. M. Penner, J. C. Hemminger, L. M. Wingen, T. Brauers, B. J. Finlayson-Pitts. “The Nature of Water on Surfaces of Laboratory Systems and Implications for Heterogeneous Chemistry in the Troposphere.” Phys. Chem. Chem. Phys. (2004) 6: 604-613 – Reproduced by permission of The Royal Society of Chemistry 

處理方法

空氣或氧氣（O 2）氣體通常用于等離子體清潔。空氣或O 2  等離子體通過與高反應(yīng)性氧自由基的化學(xué)反應(yīng)以及高能氧離子的燒蝕來去除有機(jī)污染物。等離子體還促進(jìn)表面上的羥基化（OH基），使表面更具親水性，并提高了表面潤濕性。

備選地，氬等離子體可以優(yōu)選用于清潔以最小化表面（例如金屬）的進(jìn)一步氧化。氬等離子體通過離子轟擊和物理燒蝕表面上的污染物進(jìn)行清潔，但不會與表面反應(yīng)。在某些情況下， 可以使用Ar / O 2混合物通過物理燒蝕與氬氣和與氧氣的化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合來清潔表面。

對于對硼硅酸鹽玻璃中痕量雜質(zhì)的潛在污染敏感的應(yīng)用，建議在標(biāo)準(zhǔn)派熱克斯（Pyrex）室上方使用石英室。

以下是在Harrick等離子清洗機(jī)中進(jìn)行等離子體清潔的建議工藝條件（可能需要進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)才能確定*佳工藝條件）。

• 壓力：500毫托至1托

• 射頻功率：中或高檔

• 處理時間：1-3分鐘

• 低射頻功率可用于最小化表面粗糙，處理時間可能需要調(diào)整以補(bǔ)償較低的功率