Al_SiC复合材料的准分子激光表面改性

A l Si C复合材料的准分子激光表面改性

梅胜敏1　余大民2

　1(南京航空航天大学机电工程学院,南京,210016)

　2(香港理工大学制造工程系,香港九龙)

SURFACE MOD IF I CAT I ON OF A l Si C M ETAL M ATR IX COM POSITE

B Y EX

C I M ER LASER

M ei Shengm in1,Yu D am in2

　1(In stitu te of M echan ical Engineering,N an jing U n iversity of A eronau tics and A stronau tics,N an jing,210016)　2(D epartm en t of M anufactu ring Engineering,Hong Kong Po lytechn ic U n iversity,Hong Kong,Kow loon)

摘　要　利用K rF准分子激光对Si C晶须增强铝基复合材料进行表面改性。借助于显微镜及X射线衍射技术,对激光处理前后试件表层的显微组织及化学结构进行了分析。结果表明,准分子激光处理后,试件表面形成了一个几微米厚的铝层。该薄层中基本上不含金属间化合物,Si C增强相的数量也显著减少。腐蚀测试结果表明,准分子激光表面处理后,材料的抗腐蚀性能得到了显著提高。

关键词　表面改性　金属基复合材料　准分子激光

中图分类号　V257

Abstract　T he su rfaces of2009A l Si C w m etal m atrix compo site speci m en s w ere irradiated w ith a pow erfu l K rF exci m er laser.A fter laser treatm en t,the mo rpho logy and the structu re w ere exam ined w ith the aid of m icro scope and X ray diffracti on techn iques.It w as found that an alum in ium layer a few m icron s th ick w as fo rm ed on the su rface of A lMM C.L ittle Si C reinfo rcem en t and larger in term etallics can be found in th is lay2 er.Co rro si on m easu rem en ts show ed that the laser modified A lMM C exh ib ited a h igher co rro si on resistance. Key words　su rface modificati on,m etal m atrix compo site(MM C),exci m er laser

Si C增强铝基复合材料具有比强度高、比刚度高、耐磨性好等突出优点,被看作为在航空航天及汽车工业等领域中最有前途的新型结构材料之一。但由于Si C增强相的加入,降低了铝合金材料组织的均一性,因而无论Si C是以颗粒形式存在还是以晶须形式存在,几乎所有的Si C增强铝基复合材料都存在着抗腐蚀性相对较低的固有缺点[1～3]。而对许多重要的飞机结构部件,抗腐蚀性的高低是决定其使用性能和寿命的关键因素之一。采用先进的表面改性技术对Si C增强铝基复合材料进行表面处理是提高其抗腐蚀能力的有效手段。国内外近年来采用表面阳极化、表面镀镍、激光表面涂覆、离子束沉积等表面技术,但这些技术不同程度地存在着涂层与基体结合强度低,涂层易于剥落等缺点[4,5]。因此,有必要寻求提高Si C增强铝基复合材料抗腐蚀性的表面改性新技术。本文利用K rF高脉冲功率准分子激光,对一种Si C晶须增强铝基复合材料表面进行一次性快速重熔处理,试图改变材料表面层的显微组织和化学结构,从而提高材料的抗腐蚀性能。

1　材料与实验方法

实验用材料为2.5mm厚的Si C晶须增强铝基复合材料。该材料用粉末冶金方法制成,经轧制后以板材形式提供。Si C晶须含量为15%(体积比),基体材料为2009铝合金。晶须直径在0.5～1.0Λm之间,长度5～20Λm不等。材料表面的微观组织如图1所示。

由于材料的表面状态关系到

图1　2009A l Si C w金属基复合材料的微观组织

激光的反射和吸收,所有试件在使用前均经1Λm 的金刚石研磨膏最终抛光,并经蒸馏水和酒精清

第20卷　第2期1999年 3月

航　空　学　报

A CTA A ERONAU T I CA ET A STRONAU T I CA S I N I CA

V o l.20N o.2

M ar.1999

1998205220收到,1998208231收到修改稿

洗,以确保试件表面初始状态的一致性。

用于A l Si C 复合材料表面改性的激光是波长为248nm 的K rF 准分子激光,脉冲宽度25n s ,脉冲重复频率固定为每秒80个脉冲。激光束聚焦到试件表面时形成直径为1.1mm 光强均匀的圆

束斑,其能量密度实测为3.3J c m 2

。激光束斑以1.0mm s 的速度扫描试件表面,形成宽度为1.1mm 扫描带。相邻扫描带之间保持25%的搭接区域。

激光表面处理前后,分别用光学及扫描电镜

分析试件表面微观形貌。用小角度X 射线衍射

(XRD )方法进行表层物相鉴定。利用EG&G 公司的M 352腐蚀分析系统在重量比为3.5%的N aC l 溶液中进行腐蚀实验,记录试件在激光表面处理前后的阳极极化曲线。极化电位扫描速度为0.33mV s ,参考电极为标准甘汞电极。

2　实验结果与讨论

2.1　表面形貌分析

图2所示为试件表面经激光处理后的微观形貌。从图2(a )可见,准分子激光束斑的依次扫描在试件表面形成了亮暗相间的条纹。较亮的区域对应束斑中心扫过的区域,该区域吸收了较多的激光能量。在体视显微镜下可见该区域稍微下凹,形成了“谷”。暗色区域,即相邻扫描带的搭接区域,吸收的能量较少,在试件表面形成了相对的“峰”。试件表面还可见到微小波纹,这种波纹由试件表层重熔后快速凝固所造成。从图2(b )的扫描电镜照片可见,“谷”区域内基本上已看不到Si C 晶须,而“峰”区域仍可见部分被掩埋的Si C 晶须。在图3所示的试件横断面扫描电镜照片中,可见到试件经激光表面处理后形成了一层均匀的厚度约为2Λm 的白亮层

。

图2

　试件表面经激光处理后的微观形貌

图3　激光处理后试件的横断面

2.2　表层物相分析

准分子激光表面处理前后,试件表层材料的X 射线衍射图谱分别如图4所示。从图4(a )中可以确定,试件材料在激光处理前存在A l ,Si C 及CuA l 23种物相。而在处理后的图4(b )中仅发现A l 和Si C 的衍射峰,即试件表层仅存在A l 及Si C

2种物相。CuA l 2的衍射峰全部消失,表明其晶体

结构经激光处理后不复存在。Si C 位于2Η=42.795°,60.100°处的2个衍射峰也不再出现,表

明有2个晶面方向的Si C 也被分解。以上结果表

明A l Si C 复合材料在准分子激光表面处理过程中,表面经过了重熔和再结晶。比较图4(a )与图4(b )中A l 衍射峰的峰位可发现,图4(b )中A l 的衍射峰偏离了标准A l 峰的位置,而稍向右方移动。造成这一移动的原因可能是由于A l 在再结晶时混杂了由Si C 分解而产生的Si 原子,使得A l 晶体中的部分A l 原子被Si 原子所替代。由于Si 原子的原子半径较A l 原子的小,因而造成A l 晶体的晶格常数发生畸变(变小),使晶体结构的衍射角增大,即导致衍射峰的峰位右移。

241航　空　学　报第20卷

图4　试件在激光表面处理前后的X 射线衍射

图谱

(a )处理前;(b )处理后

2.3极化曲线及腐蚀性能

图5所示为激光处理前后试件的阳极极化曲

线。从图5可见,处理后的曲线处于未处理的曲线的左上方。这说明经过激光处理后的腐蚀试件具有较高腐蚀电位(E co rr )和较小的腐蚀电流(I corr )。另外,从极化曲线上可以看出,未经激光处理的Si C 增强铝基复合材料腐蚀时没有明显的钝化效应。而经过激光处理后的试件腐蚀时具有明显的

钝化效应,从而使点蚀发生时的电位E p it 与激光处理前相比提高了大约170mV 。结果表明,利用准分子激光对Si C 晶须增强铝基复合材料进行表面改性,可以有效地提高材料的抗腐蚀性能。

对经激光处理的试件腐蚀后的微观形貌研究发现,腐蚀多发生在Si C 晶须残留较多的搭接区域。由此可见,Si C 增强相的存在是加速A l Si C 金属基复合材料腐蚀的重要因素之一。利用准分子激光对Si C 晶须增强铝基复合材料进行表面改性,提高复合材料抗腐蚀性能的作用机理在于准分子激光对Si C 增强铝基复合材料试件表面的辐射,可以导致某些金属间化合物(如CuA l 2)和部

分Si C 晶须的分解,减少在复合材料组织中形成

原电池而加速材料腐蚀的机会。同时,在材料表面

图5　试件在激光表面处理前后的阳极极化曲线

形成一个以铝为主要成分的薄层,借助于铝在氧化时表现出来的优良的钝化效应,从而提高Si C 晶须增强铝基复合材料的抗腐蚀性能。

参　考　文　献

1　T urnbull A.R eview of co rro si on studies on alum inium m etal m atrix compo sites .B ritish Co rro si on Journal,1992,27(1):27～35

2　H ihara L H ,L atanisi on R M .Co rro si on of m etal m atrix com 2po sites .

Internati onal M aterials R eview s ,1994,39(6):245

～264

3　Greene H J ,M ansfeld F .Co rro si on p ro tecti on of alum inium m etal m atrix compo sites .Co rro si on ,1997,53(12):920～927

4　R ao G M ,M o lian P A .Enhancem ent of w ear and co rro si on

resistance of m etal m atrix compo sites by laser coatings .Jour 2

nal of M aterial Science ,1994,29:3274

～32805　L in S ,Greene H ,Sh ih H ,et a l .Co rro si on p ro tecti on of A l Si C m etal m atrix compo sites by anodizing .Co rro si on ,1992,48(1):61～67

6　A ngelo s .Koutsom ichalis and A nastasia Kefalidou .Exci m er

laser interacti ons w ith alum inium alloy .Journal of L aser A p 2

p licati ons ,1996,8(5):247

～250梅胜敏　1965年5月生,副教授,研究方向:机械制造、激光加工、专家系统。电话:025-*******(h ),025-*******(O ),Em ail :nh 505m e @nuaa .edu .cn

余大民　1957年生,副教授,研究方向:材料科学与工程、激光加工。

3

41第2期梅胜敏等:A l Si C 复合材料的准分子激光表面改性

聚合物表面改性方法

聚合物表面改性方法 摘要：本文综述了聚合物表面改性的多种方法，主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法，并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词：聚合物；表面改性；应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性，所以在化学和电子工业上广泛地应用，但由于难粘结，所以应用上受到局限。为了提高粘结性能，需对表面进行改性，化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由1mol 的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去，在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h，直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟，取出用丙酮洗涤，除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时，要求体系要密封，否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结，拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色，处理层厚低于4×10-5mm 时，电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化，材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化，此方法有三个缺点：一、处理件表面发黑，影响有色导线的着色；二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降，三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射，粘结性能降低，因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种，它们表面能低。如聚乙烯表面能只有31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性，有利于粘接，通常需对它们的表面进行改性，其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理，此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份，蒸馏水8份，浓硫酸100份，将聚乙烯或聚丙烯室温条件下在处理液中浸泡1~1.5h，66~71℃条件下浸泡1~5min，80~85℃处理几秒钟，此外还有过硫酸铵的氧化处理液[3]。其配方为硫酸铵60~120g，硫酸银(促进剂)0.6g，蒸馏水1000ml，将聚乙烯室温条件下处理20min，70℃处理5min，当用来处理聚丙烯时，处理温度和时间都需增加一些，70℃lh，90℃10min，其中促进剂硫酸银效果不明显，可以去掉，但此处理液有效期短，通常只有lh。这两种处理方法，效果都不错。 1.3聚醚型聚氨酯 Wrobleski D. A.等[4]对聚醚型聚氨酯Tecoflex以化学浸渍和接枝聚合进行表面改性。且用Wilhelmy平衡技术测定接触角，结果表明，经聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和PEG化学浸渍修饰表面，以及用VPHEMA对2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸及其钠盐(AMPS和NaAMPS)光引发表面接枝。其表面能增大，表面更加亲水。化学浸溃使前进和后退接触角降低20和30~40

激光束表面改性技术

激光束表面改性技术 摘要：激光束表面改性技术在改善材料表面性能,提高材料使用寿命方面具有突出的优越性。它作用于材料表面使得材料的表面性能得到了明显的提高，随着研究的深入和技术的逐渐成熟，表面改性技术在工业领域中的应用越来广泛，目前进行材料表面改性的工艺有激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、激光冲击硬化，本文就其工艺方法进行了综述。 一、引言 激光表面处理技术的研究始于20世纪60年代，但是直到20世纪70年代初研制出大功率激光器之后，激光表面处理技术才获得实际的应用。它是将现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多方面的成果和知识结合起来的高新技术，用激光的高辐射亮度，高方向性，高单色性特点，以非接触性的方式加热材料表面，借助于材料表面本身传导冷却, 使金属材料表面在瞬间被加热或熔化后高速冷却，来实现其表面改性的工艺方法。 二、激光相变硬化 激光表面相变硬化又称激光淬火，它是以104～105W/cm2高能功率密度的激光束作用在工件表面，以105～106℃/s的加热速度，使受激光束作用的工件表面部位温度迅速上升到相变点以上，形成奥氏体，并通过仍处于冷却态的基体与加热区之间形成的极高的温度梯度的热传导，一旦激光停止照射，则以105℃/s的速度冷却，实现自冷淬火，形成表面相变硬化层。 三、激光熔覆 激光熔覆是采用激光束加热熔覆材料和基材表面，使所需的特殊材料熔焊于工件表面的一种新型表面改性技术。这项技术始于1974年, Gnanamuthu申请了激光熔覆一层金属于金属基体的熔覆方法专利[3]。经过二十几年的发展, 激光熔覆已成为材料表面工程领域的前沿和热门课题。影响激光熔覆的因素主要有熔覆材料的原始成分、基体材料成分、熔覆的工艺参数。激光熔覆技术示意图见图1 1.短型光束或高斯型光束 2.气动送粉 3.测量孔 4.振动器 5.粉末漏斗箱 6.二氧化碳气体激光束高频振动7样品运动 8.样品9.熔覆厚度10.熔覆层 图1激光熔覆技术示意图

激光加工技术题目及答案

1、从激光束的特性分析，为什么激光束可以用来进行激光与物质的相互作用？ 答：（1）方向性好：发散角小、聚焦光斑小，聚焦能量密度高。 （2）单色性好: 为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。 （3）亮度极高：能量密度高。 （4）相关性好：获得高的相关光强，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来。 总之，激光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也可高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热，可广泛应用于材料加工、医疗、激光武器等领域。 2、什么是焦深，焦深的计算及影响因素？ 答：光轴上其点的光强降低至激光焦点处的光强一半时，该点至焦点的距离称为光束的聚焦深度。光束的聚焦深度与入射激光波长和透镜焦距的平方成正比，与w12成反比，因此要获得较大的聚焦深度，就要选长聚焦透镜，例如在深孔激光加工以及厚板的激光切割和焊接中，要减少锥度，均需要较大的聚焦深度。 3、对于金属材料影响材料吸收率的因素有哪些？在目前激光表面淬火中常对工件进行黑化处理，为什么？ 答：波长、温度、材料表面状态 波长越短，金属对激光的吸收率就越高 温度越高，金属对激光的吸收率就越高 材料表面越粗糙，反射率越低，吸收率越大。 提高材料对激光的吸收率 4、简述激光模式对激光加工的影响，并举出2个它们的应用领域？ 答：基模光束的优点是发散角小，能量集中，缺点是功率不大，且能量分布不均。 应用：激光切割、打孔、焊接等。 高阶模的优点是输出功率大，能量分布较为均匀，缺点是发散厉害。应用：激光淬火（相变硬化）、金属表面处理等。 5、试叙述激光相变硬化的主要机制。 答：当采用激光扫描零件表面，其激光能量被零件表面吸收后迅速达到极高的温度，此时工件内部仍处于冷态，随着激光束离开零件表面，由于热传导作用，表面能量迅速向内部传递，使表层以极高的冷却速度冷却，故可进行自身淬火，实现工件表面相变硬化。 6、激光淬火区横截面为什么是月牙形？在此月牙形区相变硬化有什么特点？ 特点：A,B部位硬化，C部位硬化不够 原因：A,B部位接近材料内部，热传导速率大，可以高于临界冷却速度的速度冷却，因此可充分硬化，而C部位热传导速率小，不能以高于临界冷却速度的速度冷却，因此硬化不够。

第七章 聚合物的表面改性技术介绍

第七章聚合物的表面改性 聚合物表面改性原因：①聚合物表面能低②聚合物表面具有化学惰性难以润湿和粘合③聚合物表面污染及存在弱边界层聚合物表面改性的目的：①改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团②清除杂质或弱边界层③改变界面的物理形态④提高表面能，改进聚合物表面的润湿性和黏结性⑤设计界面过渡层 第七章聚合物的表面改性 聚合物的表面改性的方法：电晕、火焰、化学改性、等离子改性、辐照、光化学改性等。这些方法一般只引起10-8～10-4m 厚表面层的物理或化学变化，不影响其整体性质。 7-1 电晕放电处理 电晕放电是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。因为聚烯烃，聚丙烯等烯烃是非极性是非极性材料，有高度结晶性，其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。电晕放电处理装置如图 7-1 电晕放电处理 原理：塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子等高能离子。电子的冲突电离作用使电子、离子增殖，产生的正离子、光子又发生二次电离而持续放电，结果在阳极和阴极之间产生电晕。这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的黏结性和润湿性。 7-1 电晕放电处理 7-1 电晕放电处理 以上两图表明： 1.电晕处理后低密度聚乙烯（LDPE）表面张力的变化：开始表面张力随电晕处理的电流增大而显著提高，当电流超过100 mA 后，表面张力增加速度趋缓2.电晕处理后低密度聚乙烯（LDPE）剥夺力的影响（变化同上） 7-2 火焰处理和热处理 一、火焰处理：1.定义：用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时高温燃烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的目的。 2.常用可燃气体：采用焦炉煤气或甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例的空气或氧气。即焦炉煤气甲烷、丙烷、丁烷、天然气 7-2 火焰处理和热处理 3.常用火焰处理来提高其表面性能的物质（粘接性）聚乙烯、聚丙烯的薄膜、薄片吹塑的瓶、罐、桶等 4.例如：用聚丙烯制作汽车保险杠，用火焰处理来提高其表面的可漆性。 5.原理：火焰燃烧的温度可达1000-2700oC，处理的时间极短（0.01～0.1s内）（以避免工件受高温影响而发生变形、软化甚至熔化） 7-2 火焰处理和热处理 火焰中含有许多激活的自由基、离子、电子和中子，如激发态的O﹑NO﹑OH和NH，可夺取聚合物表面的氢，随后按自由基机理进行表面氧化反应，使聚合物表面生成羰基、羧基、羟基等含氧活性基团和不饱和双键，从而提高聚合物的表面活性。二、热处理1.定义：7-2 火焰处理和热处理 把聚合物暴露在热空气中进行氧化反应，使其表面引进羰基、羧基以及某些胺基和过氧化物，从而获得可润湿性和黏结性。2.热处理的温度只有几百（<500oC）摄氏度，远低于火焰处理的温度，因而处理时间较长。 7-3 化学处理 指用化学试剂浸洗聚合物使其表面发生化学和物理变化的方法。优点：工艺简单，设备投资小，因而应用广泛。一、含氟聚合物1.如聚四氟乙烯（PTFE ）、氟化乙烯-丙烯共聚物（FEP ）和聚三氟乙烯( PTFE ）等

聚合物表界面改性方法

聚合物表界面改性方法概述 摘要：聚合物由于表面能低、表面具有化学惰性、难以润湿和粘合、聚合物表面污染及存在弱边界层，所以要使用一定的方法金星表面改性，提高整体性能。聚合物表面改性通常需要改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团；清除杂质或弱边界层；改变界面的物理形态，提高表面能；改进聚合物表面的润湿性和黏结性；设计界面过渡层等。 关键词：聚合物；表面改性；研究进展，应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了常见的改性及最新的研究进展。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 这些方法一般只引起10-8～10-4m厚表面层的物理或化学变化，不影响其整体性质。 一、电晕放电处理 电晕放电是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。因为聚烯烃，聚丙烯等烯烃是非极性是非极性材料，有高度结晶性，其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。 原理：塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子等高能离子。电子的冲突电离作用使电子、离子增殖，产生的正离子、光子又发生二次电离而持续放电，结果在阳极和阴极之间产生电晕。这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的黏结性和润湿性。 二、火焰处理和热处理 ⒈火焰处理 ①定义：用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时高温燃烧，使其表

高分子材料与工程_就业前景和社会需求

材料工程类属于理工科类，是研究有机及生物高分子材料的制备、结构、性能和加工应用的 高新技术专业。材料工程科学的形成可以追溯到19世纪30年代，但直到20世纪70年代， 才得到全面的发展。目前高分子材料已被广泛应用于生活、生产、科研和国防等各个领域， 成为我国科学研究的一个重点领域。学生毕业后可以到高分子材料及高分子复合材料成型加工、高分子合成、化学纤维、新型建筑装饰材料、现代喷涂与包装材料、汽车、家用电器、电子电气、航天航空等企业从事设计、新产品开发、生产管理、市场经营及贸易部门工作，也可以到高等学校、科研单位从事科学研究与教学工作，还可以到政府部门从事行政管理、质量监督等工作。 由于高分子材料发展十分迅速，所以申请这个专业的人数也稍微偏多，竞争相对激烈。在就业方面可以从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作，就业前景很不错。所以美国大学的录取要求相对别的专业都会有所提高。 高分子材料与工程专业就业前景 当今,高分子材料又向着尖端领域发展，新的特殊性能高分子功能材料不断出现， 前 景十分的广阔?市场对高分子人才的需求也日益增加，无论是在日常化工，还是在高精尖端科技,高分子人才都备受欢迎，高分子材料专业的社会需求一直处于化学、材料类专业的前列?随着国际国内对环境保护的重视，印刷包装领域也在不断改进材料，如环保型印刷材料、环保型包装材料和新型数字印刷材料等都是产业发展方向，相信经过四年的学习，在印刷包装材料领域一定大有可为?高分子材料与工程专业就业前景广阔，高分子材料人才可以在绝大多数 工业领域取得发展，因为需要高分子材料的行业多得超乎你的想像?学任何专业，如果立志于毕业后干本行业，专业课是必须要学好的，另外英语也能成为你的一把利器? 高分子材料与工程专业就业前景之课程介绍 高等数学、大学物理、计算机文化基础及语言、近代化学基础（包括无机、有机、分析化学等）、物理化学、仪器分析、工程力学、高分子化学和物理、材料科学与工程基础、工程制图、化工原理、高分子材料成型加工基础、高分子材料成型机械及模具基础、聚合物 共混改性原理、机械设计基础、机械原理及计算机设计、高分子材料加工新技术、模具工程设计、模具CAD/CAE、聚合物成型机械等. 高分子材料与工程专业就业前景之培养目标 本专业培养德、智、体全面发展，掌握高分子材料合成、加工的基本原理，能在高分子材料的合成、共混改性和加工成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生 产及经营管理、教学等方面工作，并具有开拓创新精神和竞争能力的高级工程技术人才?高分子材料与工程专业就业前景之就业方向 本专业毕业生的择业面很宽，适应能力强.适合于高分子材料合成与加工、复合材料、橡胶、塑料及纤维制品等的生产企业以及研究单位的新产品研发、生产和管理工作，以及高 等院校的教学和科研.主要面向化工、建材、汽车、石油化工、航天航空、电子、家电、包装以及造船等行业. 高分子材料与工程专业就业前景之市场需求 高分子材料与工程专业为当今国内应用广泛，是研究天然及生物有机高分子材料的 设计、合成、制备以及组成、结构、性能和加工应用的充满活力的材料类学科，其工业和研究体系已经成为国民经济发展的支柱产业.高分子材料与工程专业就业前景是众多专业发 展前景好的专业之一.近年来本科毕业生读研比例均在65%以上，一次就业率均超过95%，毕业生深受国内各行业的青睐；学院注重国际化人才培养，除每年招收部分优秀学生进入学校英才班学习，与国际著名大学进行联合培养以外，还与国外多个知名高校合作，选送优秀本科生 进行联合培养；专业拥有高分子化学实验室、高分子物理实验室、功能高分子实验室和多家企业联合

SiO2表面改性机理及其对高分子材料性能的影响

SiO2表面改性机理及其对高分子材料性能的影响 (高材11201：瞿启凡；指导老师:肖伟) 该文简要介绍了表面改性机理!对其作为填料改性高分子材料的研究进行了梳理!针对橡胶、塑料、涂料及胶黏剂等进行了一一阐述!并对未来研究内容及方向做出展望。 关键词：刚性SiO2，表面改性，填充，高分子材料 高分子材料具有结构独特易于改性和加工的特点，具有其他材料无可比拟不可取代的许多优异性能。促使其在国民经济建设、国防及科学技术应用等领域具有不可替代的优势，已逐渐发展成为人们生产生活中不可或缺的材料之一。然而，随着时代的发展和科学技术的进步，对高分子材料性能方面提出了更高要求。因此，对高分子材料性能方面的改良研究越来越多，如通过调整高分子材料内在分子结构与其他有机高分子材料进行共混以及采用无机刚性粉体SiO2作为添加剂等手段。其中，通过采用刚性无机材料（如炭黑黏土等）作为添加剂，可以在很大程度上提高高分子材料性能，已成为学者们争相研究的热点。 刚性无机材料具有很高化学稳定性和热稳定性、无毒、无刺激、使用安全、在自然界中分布广泛、对高分子材料改性有着重要作用，但无机刚性粉体SiO2颗粒表面具有很强极性，是典型亲水性材料，与亲油高分子材料物性间存在巨大差异，难以在有机基体中均匀分散，另外作为添加剂颗粒尺寸通常较小甚至为纳米颗粒，颗粒表面氢键的存在极大表面能使其极易发生团聚，以聚集体形式存在，分散效果差。苏瑞彩也从内外表面原子所受力场不同的角度分析了团聚机理，即处于晶体内部原子受力受到来自周围对称价键力和稍远原子的范德华力、受力对称，价键饱和，而表面原子受力来自其临近内部原子的非对称价键力和其他原子的远程范德华力，受力不对称，价键不饱和，易与外界原子键合形成大颗粒团聚体。的这些特性使其极不易分散。因此，要发挥无机刚性粉体SiO2独特作用，必须改善其在高分子材料基体中的分散效果，改善与高分子材料的亲和性、相容性，提高其加工流动性，增强两相间界面结合力，以此来增加其填充量，提高高分子材料性能。 1.SiO2表面改性机理 SiO2表面亲水疏油，在有机质中难以均匀分散，与有机体间结合力差，因此使用前必须对其进行表面改性。SiO2颗粒表面含有大量羟基基团使其呈现为亲水性。该结果已经被大量文献中未改性SiO2红外光谱分析结果中验证。 针对SiO2颗粒表面特性，其在液相中改性机理有3种"即静电作用机理、吸附层媒介作用机理以及化学键键合作用机理! 1.1静电作用机理和吸附层媒介机理 静电作用机理即利用化学键—离子键形成的本质，利用SiO2 颗粒表面具有羟基基团，根据相反电荷在颗粒表面的相互吸引作用完成包覆。其本质是利用静电作用，阴阳离子之间可以作用在任何方向上，方向性差!

表面改性技术综述

表面改性技术综述 表面改性是指采用某种工艺和手段使材料获得与其基体材料的组织结构性能不同的一种技术。材料经过改性处理之后，既能发挥材料基体的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能，如耐磨，耐腐蚀，耐高温，合适的射线吸收等。 金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途, 其种类繁多。除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外, 近些年还快速发展了激光、电子和离子等高能束表面处理技术。今后, 随着物理学、材料学等相关学科的迅速发展, 还将不断涌现出新的表面改性技术。尤其是复合表面技术的发展, 有可能获得意想不到的效果。金属表面改性技术的飞速发展和不断创新, 将进一步推动其在工农业生产中的应用, 带来显著的经济效益。 传统的表面改性技术有：表面形变强化、表面热处理、表面化学热处理、离子束表面扩渗处理、高能束表面处理、离子注入表面改性等。 1、喷丸强化 喷丸处理是在受喷材料再结晶温度以下进行的一种冷加工方法, 是将弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成的。喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸成型、喷丸校正、喷丸强化等方面。喷丸强化又称受控喷丸, 不同于一般的喷丸工艺, 要求喷丸过程中严格控制工艺参数, 使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力场, 从而大幅度提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。实施喷丸时, 弹丸由专用的喷丸机籍助压缩空气、高压水流或叶轮, 高速射向零件受喷部位。常用弹丸有球形铸铁丸、铸钢丸和其它非金属材料制成的弹丸。喷丸强化的效果用喷丸强度来表示, 与弹丸种类和形状、碰撞速度和密度、喷射方位和距离、喷丸时间等因素有关。表面喷丸提高金属材料疲劳强度的机理比较复杂, 涉及到塑性变形层(通常为011～018mm 厚) 的组织结构变化(如位错密度、亚晶粒尺寸) 和残余应力的变化。因此, 只有合理控制表面变形层内的变化, 才可能获得预期的喷丸强化效果。 早在20 世纪20 年代, 喷丸强化就应用于汽车工业。目前已成为机械制造等工业部门的一种重要的表面技术, 应用广泛。涉及的材料除普通钢外,还有高强度钢和各种有色金属; 涉及的零件类型有弹簧、轴、齿轮、连杆、叶片、涡轮盘和飞机起落架组成件等。 2、传统表面热处理改性 传统的表面热处理技术可分为表面淬火和化学热处理两大类。它主要用来提高钢件的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限。在机械设备中, 许多零件(如齿轮轴、活塞销、曲轴等) 是在冲击载荷及表面磨损条件下工作的。这类零件表面应具有高的硬度和耐磨性, 而心部应具有足够的塑性和韧性。因此, 为满足其使用性能要求, 应进行表面热处理。 ○1表面淬火 表面淬火是把零件的表层迅速加热到淬火温度后快冷, 使零件表面层获得淬火马氏体而心部仍保持未淬火状态的一种淬火方法。表面淬火的目的是使零件获得高硬度的表层, 以提高工件的耐磨性和疲劳性能, 而心部仍具有较好的韧性。其设备简单、方法简便, 广泛用于钢铁零件。根据加热方法的不同, 可分之为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。火焰加热表面淬火的淬透层一般为2 -6mm。其特点是设备简单, 但加热温度高及淬硬层不易控制, 淬火质量不稳定, 使用上有局限性。感应加热表面淬火的特点是: 加热速度快, 零件变形小, 生产效率高, 淬火后表面能获得优良的机械性能; 淬透层易控制, 淬火操作易实现机械化。但设备较贵, 形状复杂零件的感应器不易制造, 不宜单件生产。 ○2化学热处理 化学热处理是将金属零件放在某种介质中加热、保温、冷却, 使介质中的某些元素渗入

聚合物表面改性方法综述

聚合物表面改性方法综述 摘要：聚合物表面改性的方法很多，本文主要对溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法进行综述。前几种方法都是化学处理法, 在基底上形成的新的极性表面层与体相结合一体, 非常牢固；最后一种方法为物理过程, 能够精确控制改性区域, 对于改善材料表面微摩擦性能有重要作用。 关键词：聚合物；表面改性；化学处理法；物理过程 在当今的社会中，材料是人类赖以生存和发展的重要物质，是现代工业和高科技发展的基础和关键。由于材料单体的种类有限，而且材料单体的单一的某的些性能比较差，不符合人们所求，所以要对其材料经行改性。 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。 1溶液处理方法 1．1溶液氧化法 溶液氧化法是一种应用时间较长的处理方法, 由于其简便易行, 可以处理形状复杂的 部件, 且条件易于控制, 一直受到广泛关注。溶液氧化法对聚合物表面改性影响较大的因素主要是化学氧化剂的种类及配方、处理时间、处理温度。常用的氧化体系有: 氯酸- 硫酸系、高锰酸- 硫酸系、无水铬酸- 四氯乙烷系、铬酸- 醋酸系、重铬酸- 硫酸系及硫代硫酸铵- 硝酸银系等, 其中以后两种体系最为常用。溶液氧化法处理聚乙烯表面是一个典型的氧化反应, 反应的温度和时间对氧化处理有很大的影响, 王博等系统的研究了用重铬酸钾- 浓硫酸、高锰酸钾-浓硫酸体系处理市售农用聚乙烯薄膜表面时温度和时间对表面性质的影响[ 1]。实验发现, 当氧化体系温度低于30 o C时, 氧化处理基本不能发生, 温度升高,对制备氧化深度大 的产品有利, 但是过高的温度会使聚乙烯表面萎缩变形, 最适宜的温度为45~ 60 o C。当氧化时间少于30 min 时, 氧化程度很小, 几乎观察不到, 当氧化时间超过30 min 后, 氧化作用 明显加强。进一步的研究表明, 合适的氧化时间为45 min左右。由此可见, 表面氧化处理效 果和氧化时间、氧化温度之间有一种平衡关系。只有在一定的时间和温度范围内才能得到最佳的效果。 1．2溶剂浸渍法 溶剂浸渍法是用适当的溶剂处理聚合物表面, 溶剂与聚合物表面发生溶解、吸附和化学反应等作用,从而达到除污、增加粗糙度及提高表面极性等效果。聚碳酸酯在1, 6- 己二胺水溶液或N, N - 二甲基- 1,3- 丙二胺水溶液中进行处理时, 会发生某种化学反应, 使表面活化。聚乙烯在进行溶液氧化处理之前,可选用适当的溶剂, 如CCl4 对聚乙烯进行预浸渍。这样可 以除掉聚合物弱的边界层, 在制品表面形成凹凸不平的孔穴, 增加表面粗糙程度, 使氧化液 与制品表面接触面积增加, 从而提高氧化处理效果。 1.3水解法

国内外激光和电子束表面改性技术发展

材料表面改性目的和意义 材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。 因此，现代材料表面改性一是可以使材料表面获得更好的表面特性，有效地延长零件使用寿命；二是可以用性能较差的合金钢代替优质合金钢，以节省优质合金钢材料；三是可以研制出新颖材料。这种多功能综合化，用于提高材料表面性能的各种现代表面改性技术统称为现代表面改性技术。现代表面改性技术适用于金属及其合金、陶瓷、玻璃、聚合物及半导体材料等多种现代材料。 现代材料表面改性技术的发展 现代材料表面改性技术是一门由多种学科发展而来的技术组合，其发展经历了很长，很复杂的过程。 传统的表面改性技术，如表面热处理、表面渗碳等已有上百年的历史了。上世纪50年代高分子涂装技术有了非常大的发展，由古老的刷涂、空气喷涂发展为静电喷涂、流化床涂装、电泳涂装及静电涂装。 60年代以来，传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热。后来，激光器与电子束装置的应用，出现了激光束、电子束的淬火技术。 电镀是一门古老的表面改性技术，相当长时间，电镀只能镀覆纯金属模，目前已能镀覆多种合金，也可以在表面上镀陶瓷和金刚石粉末，以增加表面的抗磨性。70年代以来，化学镀有了很大的发展，它已成为一个有效的镀覆手段。 近30年来，热喷涂得到了迅速的发展，国内外形成了一种热喷涂技术热，使它在多种工业部门得到了广泛应用，而且发展出多种类型的热喷涂技术。 激光束、电子束成功地应用于现代材料表面改性，出现了如激光表面涂敷、激光表面合金化、激光表面淬火、电子束表面淬火、表面镀膜等等多种现代材料表面改性技术。 激光表面改性 激光束的能量密度非常高，因而当它照射在物体表面时能够产生106~108K/cm非常高的温度梯度，使表面迅速熔化。移去热源时，冷的基体又会使熔化部分以109~1011K/s 的速度冷却，使表面迅速凝固。由于激光的这种特性，它可用于材料的激光相变、激光表面合金化与激光熔覆处理，提高材料表面的硬度、抗磨性、抗蚀性。 激光束与金属的相互作用 1.金属对激光的吸收 激光束照射金属时，激光束能量会很快转变为金属晶格的动能，从而使金属表层迅速熔化，激光束部分能量被吸收，部分能量被反射。金属对激光的吸收因金属而异，金属的表面状态对于反射率极为敏感，表面越光滑反射率越高，表面杂质和氧化物会使反射率急剧变化。 激光透入金属的深度仅为表面下10-5cm的范围，所以激光对金属的加热可看作是一种表面热源，在表面层光能变为热能，此后，热能按热传导规律向金属深处传导。表6.6给出了某些金属对Y AG和CO2激光的反射率。 表6.6某些金属对Y AG和CO2激光的反射率

臭氧化法在高分子生物材料表面改性中的应用

知识介绍 臭氧化法在高分子生物材料表面改性中的应用 袁幼菱　艾　飞　臧晓鹏　沈　健　林思聪 (南京大学表面和界面化学工程技术研究中心南京　210093) 摘　要　综述了臭氧化法在高分子生物材料表面改性中的应用及研究,介绍了臭氧化法的特点,过氧化物浓度的测定及臭氧化反应和过氧化物引发接枝共聚的反应机理。 关键词　臭氧化法　表面改性　接枝共聚　反应机理 Abstract　The application and research advances in surface m odification of biopolymer materials using ozoniza2 tion have been reviewed.The characteristics of ozonization,determination of peroxide complex concentration and the mechanism of ozonization and graft copolymerization generated by peroxide complex were als o described. K ey w ords　Ozonization,Surface m odification,G raft copolylmerization,Mechanism 近来已有一系列不同的技术用于高聚物表面改性,高聚物表面接枝聚合就是其中的一种。高聚物表面接枝聚合方法为现有的高聚物具有多姿多彩的新的不同功能提供了途径,使聚合物具有亲水性、粘接、生物相容性、导电性、防雾、防臭及润滑等的性质[1]。利用在聚合物表面氧化来改善聚合物表面性质已被广泛地应用于聚合物工业。 发展生物材料的一个重要途径是在物理力学性能适当的材料表面上建立特定的分子结构,使得生物材料的物理力学性能与生物相容性相统一。高聚物表面接枝聚合已被广泛地应用在高分子生物材料表面改性上。在接枝聚合反应中,可以通过各种方法如化学试剂法[2]、等离子体法[3～4]、紫外光照射法[5～6]、电晕放电[7]、电子束[8]、辉光放电[9]和臭氧化法[10～11]等等。利用这些方法,首先是在聚合物基材表面引入官能团,然后引发聚合。本文主要介绍臭氧化法及其在高分子生物材料表面改性中的应用及研究进展。 1　臭氧化法 臭氧化法跟其它方法相比较,其最大的优点是能在聚合物表面均匀引入过氧基团,并且具有实验步骤简单,操作容易,适用性广,费用低的优点,因此被广泛应用于高分子领域中[10～14]。当高聚物暴露在臭氧气体中时,除了形成羰基和羧基集团外,还生成氢过氧化物[15]。这些氢过氧化物具有引发乙烯基单体聚合的能力,导致在臭氧化的聚合物材料表面的接枝反应[10]。臭氧化并不停留在材料表面的氧化,也可以渗透到材料的内部。臭氧化的程度和材料、臭氧浓度及臭氧化时间有关[16]。但是同时必须考虑臭氧活化会引起高聚物的降解而产生对材料力学性能的影响。Park 等[17]对聚氨酯(PU)膜进行15,30,60和180min臭氧处理后,测试膜的力学性能,发现处理前后没有什么改变。Ikada等[10]把PU膜在50V时臭氧处理60min后,发现膜变得不透明,即发生降解。 袁幼菱　女,38岁,博士,副教授,从事高分子生物材料表面改性的研究。 973国家重点基础研究发展规划项目(N o G1*******),南京大学博士后基金资助项目 2002201204收稿,2002205228修回

激光表面改性技术的研究与其应用

激光表面改性技术的研究与其应用

激光表面改性技术的研究与应用 摘要：激光本身具有很大的发展潜力，产生激光束的装置在品种和效率上都有很大的发展潜 力。利用激光表面改性技术能使低等级材料 实现高性能表层改性，达到零件低成本与工 作表面高性能的最佳结合，为解决整体强化 和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来 了可能性，对重要构件材质与性能的选择匹 配、设计、制造产生重要的有利影响，甚至 可能导致设计和制造工艺的某些根本性变 革。本文从激光表面改性的技术特点及先进 制造业的发展需求出发，论述了激光表面改 性技术的特点及其在半导体表面改性、智能 制造及柔性加工等领域的研究与应用。 关键词：激光表面改性；激光熔覆；激光表面相变硬化；复合处理；柔性制造

激光表面改性技术是材料表面工程技术最新发展的领域之一。这项技术主要包括激光表面相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光熔凝、激光冲击硬化、激光非晶化及微精化等多种工艺。其中，激光相变硬化和激光熔覆是目前国内外研究和应用最多的两种工艺。 激光表面相变硬化: 与传统热处理工艺相比，激光表面相变硬化具有淬硬层组织细化、硬度高、变形小、淬硬层深精确可控、无须淬火介质等优点，可对碳钢、合金钢、铸铁、钛合金、铝合金、镁合金等材料所制备的零件表面进行硬化处理。 激光熔覆:是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光幅照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基材表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。 1、激光表面改性的技术特点 激光表面改性是当前材料工程学科的重要方向之一，被誉为光加工时代的一个标志性技术，各国（尤其是发达国家）均予以重点发展。其高效率、高效益、高增长及低消耗、无污染的特点，符合材料加工的发展需要。经过多年研究和实际应用表明，和其它传统表面处理技术相比，激光表面工程技术具有以下一些优点[1]： （1）可在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。可大幅度提高表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力以及制备特殊的耐腐蚀功能表层； （2）强化层与零件本体形成最佳的冶金结合，解决许多传统表面强化技术难以解决的技术关键； （3）易与其它表面处理技术复合，激光表面改性可以方便地与其它表面工程技术结合起来，产生所谓第二代表面工程技术——复合表面改性技术。可以综合传统表面改性技术与激光表面改性的优势，弥补甚至消除各自的局限性，展示了很大的潜力； （4）由于高能量密度的激光作用，可实现工件快速加热到相变温度以上，并依靠零件本体热传导实现急冷，无须冷却介质，而冷却特性优异。形成的表面强化层硬度比常规方法处理的高15%~20%左右，添加合金元素和特殊的工艺方法，可显著提高工件的综合性能；

光化学固定法_医用高分子材料表面改性的一种新方法

光化学固定法——医用高分子材料 表面改性的一种新方法3 罗祥林　黄　嘉　何　斌　综述　乐以伦　审校 (四川大学　高分子材料系,成都　610065) 摘要　阐述了医用高分子材料表面改性的一种新方法——光化学固定法,指出该方法优于其它化学和物理的表面改性方法。简要叙述了光化学固定法的原理和光活性基团的分类,并对光化学固定法在医用高分子材料表面改性中的应用和前景作了介绍。 关键词　光化学固定法　医用高分子材料　表面改性 Photochem ica l I mm ob il iza tion-A New Approach to Surface M od if ica tion of M ed ica l Poly m er M a ter i a ls L uo X i angl i n　Huang J i a　He B i n　Y ue Y ilun (D ep a rt m en t of P olym er S cience and E ng ineering,S ichuan U n iversity,Cheng d u　610065) Abstract　T he p resent paper review s the app roach of surface modificati on of m edical po lym er m aterials2 pho tochem ical i m mobilizati on.T he app roach is dram atically different from any o ther surface modificati on p rocess available fo r m edical m aterials.T he top ics include the p rinci p le of pho tochem ical i m mobilizati on,the fundam ental classificati on pho to reactive group s and the typ ical app licati ons of pho tochem ical surface modificati on. Key words　Pho tochem ical i m mobilizati on app roach M edical po lym er m aterials Surface modificati on 1　前　言 为了提高医用高分子材料的生物相容性,通常需要对材料的表面进行改性处理,使材料既能保持本体结构所提供的物理机械性能,又具有生物材料所必需的表面性能[1]。理想的改性方法应满足:(1)能适用于各类型的化合物(天然 合成),包括亲水性和疏水性高聚物、抗凝剂、抗菌剂、抗生素、生长因子、多肽、酶、蛋白质以及其他有益于人体的生物分子等;(2)无论高分子材料的表面结构如何,所采用的技术都能将上述化合物与各类材料的表面相偶联。光化学固定法就能满足这些条件[2]。光化学固定法最初用于酶的固定[3～5],八十年代末才开始用于高分子材料的表面改性,使医用高分子材料表面具有所要求的性能[6～10]。在改性医用高分子材料表面的各种方法中,光化学固定法优于其它物理方法和 3教育部留学回国人员基金资助项目(教外司留96644)化学方法。因此,这种新方法已为生物材料学家所关注和研究[9～16]。 2　光化学固定法及光活性基团的类型用于医用高分子材料表面改性的光化学固定法,是指利用紫外或可见区域(300～800nm)光线,将具有特定性质的组分或生物分子偶联到材料表面的方法[2]。它不同于通常的高分子光化学反应或利用紫外光把单体接枝到聚合物表面的光接枝改性。光化学固定法的原理是用带有热活性基团和光活性基团的化学连接组分将各种类型化合物的分子偶联到医用高分子材料表面,来达到改性表面的目的。其途径有两种: (1)将感兴趣的分子(目的分子)同化学连接组分上的热活性基团进行化学反应,形成带光活性基团的目的分子衍生物,然后进行光解,使目的分子共价偶联到高分子材料的表面; (2)首先用化学连接组分对高分子材料表面进 生物医学工程学杂志 J B i om ed Eng　2000∶17(3)∶320～323

高分子材料的表面改性技术研究

高分子材料的表面改性技术研究 摘要：高分子材料表面改性在实际应用中具有非常巨大的价值，因此，必须加强对其表面改性技术的研究，不断进步，从而能够充分发挥出其应用的价值。 关键词：高分子材料表面改性技术等离子体 一、高分子材料的表面改性的简述 高分子材料表面是介于高分子材料本体和外部环境之间的相边界。在许多时候高分子材料表面的物理和化学性质对其应用有至关重要的影响。以聚烯烃(主要是聚乙烯与聚丙烯)类塑料为例，其表面具有化学反应性低、极性小、表面能低、憎水等特点。如果不经过改性处理，塑料制品就很难进行粘接、电镀、涂饰、层压、印刷等二次加工，这会大大缩小其应用范围。近年来，关于高分子材料在生物医学上的应用研究很多．但普通高分子材料表面的生物相容性很差，如不经过表面改性而直接应用会发生不希望的蛋白质吸附和细胞粘附等问题。 表面改性就是在保持材料或制品原有性能的前提下，赋予其表面新的性能。高分子材料经过表面改性后可以改变表面的化学组成、提高表面极性、增加表面能、改善结晶形态和表面形貌、除去弱边界层等．从而提高高分子材料表面的润湿性、粘结性及很多其他性能。 二、高分子材料的表面改性技术研究 （一）等离子体处理 等离子体处理是将材料暴露于非聚合性气体等离子体中，利用等离子体轰击材料表面，等离子体中的活性物质与高分子材料表面进行各种相互作用，引起高分子材料结构发生许多变化，进而对高分子材料进行表面改性。等离子体处理能够改善高分子材料的表面性能，包括染色性、湿润性、印刷性、粘合性、防静电性、表面固化等。 聚合物材料的浸润性与许多领域有关，如印刷、喷涂和染色等，但由于聚合物材料表面自由能低，故而导致浸润性能不好。Guruvenket等分别用氩和氧等离子体处理聚苯乙烯和聚乙烯表面，通过测定接触角对表面性能进行了研究，对于氩和氧等离子体，接触角随着等离子体能量和处理时间增加而减少，ATR一FTIR分析表明，在聚合物表面有含氧基团，如羰基、羧基、醚键和过氧基等的生成。 Lai等通过接触角测量仪、X一射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了微波氩等离子体处理聚碳酸酯、聚丙烯和聚酯的表面特性。结果显示，等离子体处理改变了表面的化学成分和粗糙度，化学成分的改变使得聚合物表面具有较高的亲水性，其主要原因是由于含氧基团所占比率的增加，这与他人的研究结果一致；但是进一步的研究分析表明，C=O 双键是导致聚合物表面亲水性增加的关键因素。 （二）等离子体聚合 等离子体聚合是将高分子材料暴露于聚合性气体中,表面沉积一层较薄的聚合物膜，等离子体聚合法有如下优点:(1)成膜均匀;(2)膜中无气体;(3)膜与基体附着性能好;(4)可进行大面积的涂复;(5)易和其它气相法(CVD)法、真空蒸镀法等结合。在表面保护膜、光学材料、电子材料、分离膜、医用材料等方面的等离子体聚合表面改性进行了广泛的研究。Tab.2列出了几个研究实例，等离子体聚合可用于制备导电高分子膜,在电子器件、传感器上有着广阔的应用前景,也可用于制备光刻胶膜、分离膜、绝缘膜、光学材料的反射率、折射率控制、薄膜波导、生物医学材料等。等离子体膜在分离中研究最多的是作气体分离膜，对渗透气化膜、反渗透膜也已作了大量的研究,PVC与液晶N-对乙氧基苄叉对丁基苯胺的共混体系具有良好的相容性,并可使膜的透气率大幅度提高,但存在液晶挥发损失问题,利用氟碳化合物有较强厌氧能力,用等离子体聚合物在累积复合物膜表面进行改性可提高其氧氮分离系数；等离子体聚合膜在电子材料中的应用不仅局限于绝缘,已发展到了作导体、半导体、超导材料方面,有关超导膜的研究是一个很活跃的领域；N.Inagaki等研究了用TFE等离子体