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离子束注入可溶性聚四氟乙烯改性

    离子束注入改性技术的基本原理是:将几十至几百千伏能量的离子束注入到材料中, 离子束与材料中的原子或分子发生一系列物理和化学作用, 注入离子的能量引起材料表面成分、结构和性能发生变化, 使其获得某些新的优异特性, 从而优化材料的表面性能。在此种改性技术中, 等离子体浸没离子注入 (PIII) 技术应用较为广泛。采用PIII技术处理可溶性聚四氟乙烯, 并通过X射线光电子能谱和拉曼光谱对其结果进行表征。结果显示, 可溶性聚四氟乙烯的结构变化是由于碳原子的注入而引起的;碳原子注入后, 可溶性聚四氟乙烯的拉曼光谱出现了无定形碳的峰;经过表面清洗, 除去松散的结合碳以后, 无定形碳的峰依然存在, 这表明既发生了碳的沉积, 又发生了碳的注入。PIII处理后, 可溶性聚四氟乙烯表面的耐磨损性能得到改善。改进了PIII方法, 加装过滤装置, 实现了对聚合物表面的高频率高脉冲PIII处理。采用此方法处理后的医用可溶性聚四氟乙烯的表面形成了静态水接触角超过150°的超疏水性表面;能够极大地促进骨细胞在可溶性聚四氟乙烯上的附着与生长;处理后的可溶性聚四氟乙烯对金黄色葡萄球菌的抑菌率较高。将不同剂量、能量的Ni离子注入可溶性聚四氟乙烯表面, 比较了注入前后可溶性聚四氟乙烯表面粗糙度和润湿性能的变化, 并对表面形貌与润湿性之间的关系进行了研究。结果表明, 高剂量Ni离子注入, 使微观结构改变并生成C=C, 引起表面碳化;Ni离子注入时的溅射作用, 破坏了表面疏水性的C—F键, 而亲水性的C—C键以及少量的C—H键和C—O键相对增强。当注入剂量为2×10ions/cm、增大加速电压至45 ke V时, 可溶性聚四氟乙烯表面接触角由104°下降至67°, 可溶性聚四氟乙烯表面的润湿性得到改善。可溶性聚四氟乙烯经离子束注入处理后, 应用性能得到很大改善。采用氮离子束注入可溶性聚四氟乙烯表面, 其表面发生脱氟效应, X射线光电子能谱测试结果显示, F/C原子比与加速电压呈反比关系。可溶性聚四氟乙烯表面平均粗糙度增加, 与注入量成正比, 与电压成反比。由于可溶性聚四氟乙烯表面粗糙度增加和表面氧化效应的产生, 处理后的磨损体积增大。在电压较低、注入量较高的条件下, 可溶性聚四氟乙烯的表面粗糙度和水接触角增加;由于较强烈的脱氟效应, 可溶性聚四氟乙烯表面的氟原子含量下降,氮原子和氧原子含量增加。处理后的可溶性聚四氟乙烯的电阻下降了约5个数量级, 与注入量成明显的反比关系。将可溶性聚四氟乙烯暴露在空气中, 其表面电阻将继续下降。这主要是处理后的表面氧化效应造成的。离子束注入改性具有以下优点:它是一种环境友好型的表面处理技术;可以在低温下进行, 从而避免了可溶性聚四氟乙烯基体的热损伤;离子注入层是由离子束与基体表面发生一系列物理和化学相互作用而形成的一个新表面层, 它与基体间不存在剥落问题。

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