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等離子體處理對于聚丙烯微流控芯片粘接強度的影響

聚丙烯（Polypropylene，PP）材料是一種熱塑性半結(jié)晶塑料，其具有價格低廉、易于加工成型以及生物兼容性良好等優(yōu)點，因此 PP可以被用于微流控芯片的加工制作。微流控芯片是將通道、反應(yīng)池等功能模塊集成在微米尺度的一種微流體操作平臺。

等離子體處理是利用等離子體中的高能態(tài)粒子打斷聚合物表面的共價鍵，等離子體中的自由基則與斷開的共價鍵結(jié)合形成極性基團，從而提高了聚合物表面活性。于此同時，等離子體對高分子聚合物表面存在物理刻蝕作用，導(dǎo)致聚合物表面的納米尺度的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

等離子體表面改性可以發(fā)生在反應(yīng)性氣體或非反應(yīng)氣體中；當氣體為O2、N2 等反應(yīng)性氣體時，聚合物與等離子體發(fā)生氧化反應(yīng)生成大量含氧基團，例如羧基、羰基、羥基等。當氣體為 He、Ar 等非反應(yīng)氣體時，惰性氣體不能與聚合物反應(yīng)，其主要利用等離子體的轟擊作用使得聚合物表面生成大量自由基和交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

聚合物等離子體改性機理

等離子體處理對聚合物表面的誘導(dǎo)改性不是一直保持的，改性處理的效果會隨著時間的推移而逐漸減弱，最終恢復(fù)到未經(jīng)處理的狀態(tài)。由于聚合物表面的極性官能團具有不穩(wěn)定性，并且隨著時間逐漸衰減，導(dǎo)致改性后的聚合物表面會恢復(fù)至原本的未處理狀態(tài)。

不同處理時間接觸角的變化

對不同氧等離子體參數(shù)下處理聚丙烯的表面潤濕性進行評估，對等離子體處理的時效性進行了記錄分析，經(jīng)過氧等離子體處理后的聚丙烯表面潤濕性在處理 24 小時后大約下降了5%，在處理 30 天后下降達到了 18%。但氧等離子體處理后 30 天的樣品接觸角依然低于未處理的樣品。

實驗使用的PLUTO-F等離子清洗機

PP 薄膜表面接觸角與等離

子體射頻功率的關(guān)系

PP 薄膜表面接觸角與

等離子體處理時間的關(guān)系

等離子體處理時間越長，PP 薄膜的接觸角越小。當?shù)入x子體處理時間多于120 s 后，PP 薄膜接觸角的下降幅度變小。