常压等离子体射流放电及聚合温敏高分子材料的研究

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大气压等离子体放电多是在间隙较小的平行板电极间进行,限制了处理材料的几何形状尺寸,放电的稳定性也容易受到影响。大气压等离子体射流(Atmospheric Pressure Plasma Jet)放电区域与工作区域相分离,互不影响,可以处理形状较为复杂的材料,材料的表面处理均匀性好,同时放电气体的温度较低,因此在材料表面改性、薄膜沉积、生物医学等方面得到大规模的应用。本文设计了单电极大气压沿面介质阻挡放电Ar等离子体射流装置,系统的研究了不同的实验条件(外加电压,气体流速,放电间隙等)对放电特性的影响。通过发射光谱,分析了等离子体射流中存在的主要基团。选用了波长分别为696.12nm、706.34nm、714.93nm的谱线,通过波尔兹曼作图法,线性拟合求得电子激发温度。此外,通过光纤传感器测量了管外气体的温度。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)分子内同时含有亲水的酰胺基和疏水的异丙基,因此具有良好的温敏特性。PNIPAm在水溶液中有较低的临界溶解温度(Lower Critical Solution Temperature,LCST):当溶液温度低于LCST时,聚合物具有良好的溶解性,溶液呈透明状;当温度升高到LCST以上时,聚合物会从水溶液中相分离,溶液变浑浊。且整个相变过程具有可逆性。这种独特的温敏性相转变功能,使其在药物缓释、物质分离、环境监测、温敏开关等方面具有广泛的应用前景。本文首次对不同浓度的NIPAm单体水溶液的温敏性进行了研究,结果表明高浓度的NIPAm溶液也具有一定的温敏性。本文以不同浓度的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体为反应物,在常压下,通过气体(Ar)携带单体溶液的方法,首次采用等离子体射流在基底表面聚合一系列不同单体浓度的PNIPAm聚合物,使用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱、水接触角表征了产物的结构与性能。聚合物的傅里叶红外光谱(FT-IR)显示存在C=O伸缩振动峰和N-H弯曲振动峰;SEM和接触角温敏变化等的分析结果,表明大气压等离子体射流成功聚合得到了PNIPAm。
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