اصلاح سطح پلیمرها با پلاسما

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد دانشگاه یزد

2 عضو هیات علمی

3 عضو هیئت علمی

چکیده

به‌طور کلی، مهندسی سطح پلیمرها در علوم زیست‌شناسی، غشاها، سطوح خودپاک‌کن و ابزار الکترونیکی استفاده می‌شود. تغییر در انرژی سطحی، توپوگرافی سطح و زیست‌سازگاری پلیمر از جمله خواصی است که می‌توان آن‌ها را با اصلاح سطح به‌طور کنترل‌شده تغییر داد. برای انتخاب روش مناسب اصلاح سطح یک پلیمر باید سه عامل درنظر گرفته شود. این عوامل عبارت‌اند از: ساختار شیمیایی پلیمر که بیانگر نقاط ضعف و قوت آن است، خواص سطحی مدنظر و در آخر هندسه سطح که مربوط به وجود یا عدم وجود تخلخل یا ناهم‌گونی‌های فیزیکی و شیمیایی روی سطح پلیمر است. روش‌های معمول شامل روش شیمی مرطوب، شعله، پلاسما، لیزر، تابش فرابنفش و پیوندزنی است. این پژوهش در راستای بررسی اصلاح سطح پلیمرها به کمک پلاسماست. همچنین، برای درک مناسبی از تجزیه و تحلیل کمی و کیفی تغییرات خواص سطحی ماده، مشخصات عمومی (عمق نفوذ، بزرگ‌نمایی، حساسیت تجزیه و هزینه) روش‌های استفاده شده به‌اختصار مرور شده است. از مهم‌ترین روش‌های ارزیابی مقدار اصلاح سطح می‌توان به تجزیه طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM)، اندازه‌گیری زاویه تماس، طیف‌شناسی فوتوالکترونی پرتو ایکس (XPS)، طیف‌سنجی جرمی یون ثانویه (SIMS)، طیف‌شناسی الکترونی آگار (AES) و میکروسکوپی تونل‌زنی پیمایشی (STM) اشاره کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Surface Modification of Polymers Through Plasma

نویسندگان [English]

  • masoud nematollahi 1
  • Mitra Tavakoli 2
  • Abbas Behjat 3
1 Graduate student of Yazd University
2 Academic member
3 Academic member
چکیده [English]

Generally, polymer surface engineering has vast applications in biotechnology,
membranes, self-cleaning and electronic devices. These applications are based on
controllable changing in some properties such as surface energy, surface topography, and
biocompatibility of polymer. For choosing a proper method for the surface modification
of polymer, three parameters should be considered carefully. These parameters include:
chemical structure of polymer which is focused on strengths and weaknesses of demanded
polymer, the surface properties that we need to achieve after treatment and finally surface
geometry which is related to the presence or absence of porosity and or chemical and
physical heterogeneity of polymer surface. This research investigates the popular surface
modification methods like wet chemistry, flame, plasma, UV radiation, laser and grafting.
Furthermore, for accurate understanding of quantitative and qualitative changes of surface
properties of polymers, the general characteristics of used methods (depth analyzed,
resolution, and analytical sensitivity) were briefly mentioned. Some of the popular
methods for include contact angle measurement, Fourier-transform infrared spectroscopy
(FTIR), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray
photoelectron spectroscopy (XPS), secondary-ion mass spectrometry (SIMS), Auger
electron spectroscopy (AES) and scanning tunnelling microscopy (STM).

کلیدواژه‌ها [English]

  • surface modification
  • surface analysis
  • topography
  • plasma
  • characterization
1. Adamson A.W., Alice A.P., and Gast P., Physical Chemistry of Surfaces, Wiley, USA, Chap. 12, 1997.
2. Khoee S. and Bager i Y., Surface Modification of MagnetiteNanoparticles via Click Reaction for Biomedical Application, Polymerization (Persian), 5, 16-26, 2014.
3. Egitto F.D., Plasma Etching and Modification of Organic Polymers, Pure Appl. Chem., 62, 1699–1708, 1990.
4. Sharifi Ferdoey F., Irani S., Zandi M., and Soleimani M., Synthesis and Surface Modification of Polycaprolactone Nanofibers for Tissue Engineering, J. Ardabil Univ. Med. Sci., 14, 217-228, 2014.
5. Chapman B.N., Glow Discharge Processes: Sputtering and Plasma Etching, Wiley, England, Chap. 3, 1980.
6. Chan C.M., Ko T.M., and Hiraoka H., Polymer Surface Modification by Plasmas and Photons, Surf. Sci. Rep., 24, 1–54, 1996.
7. Inagaki N., Plasma Surface Modification and Plasma Polymerization, CRC, USA, Chaps, 1 and 2, 1996.
8. Loh J.H., Plasma Surface Modification in Biomedical Applications, Med. Device Technol., 10, 24-30, 1999.
9. Ali A.M., Hassan M.A.A., and Abdulkarim B.I., Thermal Plasma: A Technology for Efficient Treatment of Industrial
and Wastewater Sludge, Int. Organ. Sci. Res. J. Environ. Sci., 10, 63–75, 2016.
10. Khelifa F., Ershov S., Habibi Y., Snyders R., and Dubois P., Free-Radical-Induced Grafting from Plasma Polymer Surfaces, Chem. Rev., 116, 3975–4005, 2016.
11. Nijdam S., van Veldhuizen E., Bruggeman P., and Ebert U., An Introduction to Nonequilibrium Plasmas at Atmospheric Pressure, in: Plasma Chemistry Catalysis in Gases and Liquids, 1st ed., Wiley-VCH, 1-44, 2012.
12. Shishoo R., Plasma Technologies for Textiles, Elsevier, England, Chaps. 1-3, 2007.
13. Garbassi F., Morra M., and Occhiello E., Polymer Surfaces from Physics to Technology, Wiley, England, Chaps. 6 and 7,
1994.14. Chu P.K., Chen J.Y., Wang L.P., and Huang N., Plasma- Surface Modification of Biomaterials, Mater. Sci. Eng. R, 36, 143–206, 2002.
15. Surmenev R.A., Low-temperature Argon and Ammonia Plasma Treatment of Poly(3-hydroxybutyrate) Films: Surface Topography and Chemistry Changes Affect Fibroblast Cells in Vitro, Eur. Polym. J., 112, 137–145, 2019.
16. Kalia S., Biodegradable Green Composites, John Wiley and Sons, England, Chap. 7, 2016.
17. Yang P., Moloney M.G., Zhang F., and Ji W., Surface Hydrophobic Modification of Polymers with Fluorodiazomethanes, Mater. Lett., 210, 295–297, 2018.
18. Ratner B.D., Hoffman A.S., Schoen F.J., and Lemons J.E., Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine, Elsevier Science, USA, 25, 1997.
19. Magliulo M., Pistillo B.R., Mulla M.Y., Cotrone S., Ditaranto N., Cioffi N., Favia P., and Torsi L., PE-CVD of Hydrophilic- COOH Functionalized Coatings on Electrolyte Gated Field- Effect Transistor Electronic Layers, Plasma Proc. Polym., 10, 102–109, 2013.
20. Pistillo B.R., Perrotta A., Gristina R., Ceccone G., Nardulli M., d'Agostino R., and Favia P., Water Resistant Ethylene/ Acrylic Acid Plasma-Deposited Coatings, Surf. Coat. Technol., 205, 534–536, 2011.
21. Chaudhary S., Lu H., Müller A.M., Bardeen C.J., and Ozkan M., Hierarchical Placement and Associated Optoelectronic Impact of Carbon Nanotubes in Polymer-Fullerene Solar Cells, Nano Lett., 7, 1973–1979, 2007.
22. Baierl D., Fabel B., Gabos P., Pancheri L., Lugli P., and Scarpa G., Solution-Processable Inverted Organic Photodetectors Using Oxygen Plasma Treatment, Org. Electron., 11, 1199–1206, 2010.
23. Minko S., Grafting on Solid Surfaces: ‘Grafting to’ and ‘Grafting from’ Methods, Polymer Surfaces and Interfaces, Springer, Berlin, 215–234, 2008.
24. Khelifa F., Ershov S., Habibi Y., Snyders R., and Dubois P., Use of Free Radicals on the Surface of Plasma Polymer for the Initiation of a Polymerization Reaction, ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 11569–11577, 2013.