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高分子聚合材料表面plasma清洗:
PDMS作为一种聚合物高分子化合物材料,不仅具有价格低廉、生产加工简单的特点,还可根据其微结构特点,在紫外光照射下可进行生物兼容性等。在目前的微流控制做中,它是一种常用的材料。而PDMS材料比较松软,仅选用PDMS制做的微流控就不适合用于对机械刚性要求。PDMS、硅、玻璃的混合包装方法可以根据合理的设计扬长避短,充分发挥各种材质的优势,满足不同的选用要求。固化后的PDMS表面具备相应的附着性,1对成型后的PDMS基板可以借助分子之间的引力自然粘合,无需任何处理,但这样的附着性不足,非常容易渗漏。
现阶段,PDMS与硅基材质低温键合的方法有很多种。在制做硅-PDMS多层结构微阀的过程中,PDMS直接旋转固化在硅片上,实现硅-PDMS薄膜的直接键合。该方法属于可逆键合,键合强度不高。制备生物芯片时,PDMS与带氧化层掩膜的氧等离子对PDMS基板进行处理,并将其结合在一起。这种方法实际上是PDMS和SiO2掩膜的结合,但是硅表面热氧化得到的SiO_2膜层与PDMS的结合效果并不理想。利用氧plasma清洗表层处理,PDMS和带钝化层的硅片可以在室温常压下成功键合。一般认为,在用氧plasma净化改性处理实现PDMS与其它基片结合的工艺过程中,PDMS基片和基片应在氧等离子表面改性后立即进行粘接,否则PDMS表面将很快恢复疏水性,导致胶粘剂粘接失效,因此可操作时间较短,通常情况下1~10分钟左右。在PDMS基片和硅基片需要键合之前,应对相应时间的结构图。因此,如何保证键合图形的连续性应延长。
氧plasma清洗后的PDMS表面引入亲水性-OH基团,而不是-CH基团,使PDMS表面表现出强烈的亲水性。同样,由于硅基底经过浓硫酸处理,表面含有大量的Si-O键,Si-OH键在氧等离子处理过程中被打断,从而在表面形成大量的Si悬挂键,根据吸收空气中的-OH形成Si-OH键。处理后的PDMS与硅表面相匹配,两个表面的Si-OH之间发生如下反应:2Si-OH@Si-O-Si+2H20。硅基与PDMS之间形成了牢固的Si-O键结合,从而完成了不可逆键合。
一般认为,在PDMS与PDMS、PDMS与硅或玻璃的键合过程中,基板和盖板表面活化后,应在1~10分钟内贴合,否则无法完成共价键的组合。现阶段对这一现象的一致看法是,PDMS本体中的低分子量基团迁移到表面,逐渐覆盖表面的OH基团。随着时间的推移,PDMS表面的OH基团越来越少,最终无法与硅基底粘合。
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