论文摘要
采用射频容性耦合、感性耦合CF4等离子体对硅橡胶试样进行表面改性。等离子体改性前后硅橡胶试样表面形貌、化学官能团和疏水疏油性分别由原子力显微镜（AFM）、衰减全反射- Fourier变换红外光谱（ATR-FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）和静态接触角表征。当CF4气体流量为20 sccm,经200 W射频容性耦合与200 W射频感性耦合等离子体处理5 min后,硅橡胶试样表面均方根粗糙度（Rq）由原始试样的42.460 nm分别增至134.425 nm和46.613 nm。说明在对硅橡胶试样处理过程中,由于载有试样的高频电极较高自偏压的存在,CF4等离子体中阳离子经加速后轰击试样表面,增强了对硅橡胶试样表面的溅射、刻蚀作用,射频容性耦合CF4等离子体在改变试样的微观形貌方面明显强于感性耦合等离子体处理工艺。通过衰减全反射-Fourier变换红外光谱（ATR-FTIR）分析可知:经容性耦合CF4射频等离子体200 W直接处理20 min后,硅橡胶试样表面官能团Si-O-Si、-CH3（存在于Si-CH3）以及C-H（存在于-CH3）与Si-（CH3）2的含量强度比,由原始试样的0.914、0.414、0.081,分别减至0.796、0.131、0.029;加Ar容性耦合等离子体100 W预处理5 min后,再经容性耦合CF4射频等离子体200 W处理20 min,则分别为0.795,0.226,0.060。利用去卷积法分析X射线光电子能谱（XPS）得到:感性耦合CF4射频等离子体处理后,硅橡胶试样表面出现碳氟官能团（C-F2、C-CFn和CF-CFn）和硅氟结构（一[-SiFCH）3-O-SiFCH3-]n-、-[SiF2-O-SiF2-]n-和-[-SiFCH3-O-SiF2-]n-),并且随处理时间的增加,F-Si含量出现从小于到逐渐超过F-C含量的变化,引入的F元素含量最高可达20.05%（对应处理时间为10min）;而容性耦合CF4射频等离子体处理后,试样表面出现的硅氟结构与感性耦合处理后相似,但只发现一种碳氟官能团（C-CFn）,而且F-Si的含量一直大于F-C的含量,引入的F元素含量最高也只有14.01%（对应处理时间为20 min）。以上数据说明容性耦合CF4等离子体处理过程中,CF4等离子体中的阳离子通过高频自偏电场的加速后,对试样表面的轰击、溅射或刻蚀作用大大加强,在试样表面通过断键作用产生活性基点并形成硅氟结构的作用和对碳氟官能团的剥离作用强于感性耦合CF4等离子体工艺。比较两种不同耦合方式CF4射频等离子体改性硅橡胶试样,射频容性耦合等离子体改性硅橡胶试样表面双疏性能明显优于射频感性耦合工艺:在容性耦合CF4等离子体200 W直接处理5 min的工艺条件下,得到最佳表面疏水疏油性能,对应静态接触角测量值从原始未改性试样的100.7°、61.6°分别提高到150.2°、123.6°。总之,虽然两种不同耦合方式CF4射频等离子体处理工艺有所区别,但都是通过增加表面含氟非极性官能团含量和表面粗糙度两个因素,降低硅橡胶表面能,提高试样表面与水和油的静态接触角的大小（即表面双疏性能）。射频容性耦合CF4等离子体对硅橡胶双疏改性效果优于射频感性耦合工艺,主要是由于载有试样的高频电极较高自偏压的存在,CF4等离子体中阳离子经加速后轰击试样表面,增强了对硅橡胶试样表面的溅射、刻蚀和断键作用,同时满足了增加表面含氟非极性官能团含量和表面粗糙度两个提高表面双疏性能的因素,并且证实增加表面粗糙度对双疏性能的提高程度强于含氟官能团引入的贡献。