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为了制备清洁的具有特殊电、光、力性能的超细纳米颗粒材料和薄膜材料,使用聚合物软基底来沉积、生长各种薄膜或纳米颗粒,近年来引起了人们的极大兴趣。但是,硅油作为一种硅基软物质,当其暴露在等离子体中时,产生了等离子体物理与材料科学交叉领域的一个重要科学问题-等离子体与软物质相互作用问题,而这个重要的问题则很少得到关注。
当采用液体基底沉积超细纳米颗粒或薄膜时,由于液相基底的流体特性,固体薄膜和液相基底之间的切向相互作用势能很小,从而使薄膜具有近似自由支撑的自由界面和边界条件,金属原子、原子团簇、分枝状凝聚体乃至薄膜整体均能在液体表面自由扩散、旋转和凝聚,从而出现了许多奇特的物理现象。目前人们将不同的凝聚行为主要归结为实验参数的差异,极少考虑液体基底自身性质和表面状态的影响。因此,本文研究了硅油的粘滞性对粒子凝聚行为的影响。
本文采用双频电容耦合等离子体技术,对不同粘滞系数(20mm2/s、50 mm2/s、100 mm2/s、350 mm2/s、500 mm2/s)的硅油液体采用C4F8放电等离子体进行处理,通过硅油液体表面微结构的显微分析、键结构特性的红外光谱分析以及光致发光特性的荧光光谱分析,研究了硅油粘滞性对硅油液体经C4F8等离子体作用后的结构和发光性质的影响。
发现硅油液体经C4F8等离子体进行处理后,硅油液体表面呈现出多种与硅油粘滞性和处理功率相关的微结构特征:类树枝状分形结构,蛇形凝聚结构,梳状结构,圆盘凝聚结构,正弦曲线凝聚结构。在较高的等离子体密度、较低的离子轰击能量下,硅油液体表面出现类树枝状的C:F分形凝聚结构,硅油粘滞性的增强(粘滞系数从100mm2/s增大到500 mm2/s)使凝聚结构的分形维数减小(从1.69减小至1.45),凝聚行为从扩散限制凝聚(DLA)过程向团簇-团簇-凝聚(CCA)过程转变。在较低的等离子体密度、较高的离子轰击能量下,硅油液体表面出现蛇形凝聚结构,硅油粘滞性的增强(粘滞系数从20mm2/s增大到500 mm2/s)使蛇形凝聚管道的径向尺寸增大(从1.4μm增大至5.4μm),同时导致蛇形凝聚管道的取向性从部分有序向无序发展。蛇形凝聚结构的形成可能与等离子体作用导致的硅油液体表面与底部的温度梯度、硅油粘滞性的温度依赖性有关。同时,硅油作为硅基材料,具有光致发光特性。硅油液体经C4F8等离子体放电处理后,由于Si上的侧链CH3基团失去、部分Si与临近的O结合形成Si-O环结构等结构变化,出现蓝光发射的增强效应。