MTA AKI Kíváncsi Kémikus Kutatótábor 2 0 1 6. Kétdimenziós kémia Balogh Ádám Pósa Szonja Polett Témavezetők: Klébert Szilvia Mohai Miklós
A műanyagok és azok felületi kezelése Miért népszerűek napjainkban a műanyagok? Kémiailag inert Olcsó előállítás Széles felhasználási terület Felületkezeléssel tovább tökéletesíthetjük: Nedvesíthetőség Keménység Kopásállóság Biokompatibilitás Stb. 2/15
Hol és mivel foglalkoztunk? Plazmakémiai kutatócsoport: Felületmódosító és felületanalitikai laboratórium PTFE és HDPE hidegplazmával történő felületmódosítása különféle felhasználási célokból Vizsgálati módszerek: - XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) - SEM (Scanning Electron Microscope) - IR spektroszkópia - Peremszögmérés 3/15
Felület A felületmódosításról Különbözhet: fizikai tulajdonságok kémiai tulajdonságok termodinamikai paraméterek Felületmódosítási lehetőségek: Ionsugaras módszerek pl. : plazmás felületmódosítás ionsugaras felületmódosítás Lézersugaras módszerek pl.: lézeres felületkeményítés lézeres felületi olvasztás 4/15
A plazma Változatos összetétel (pl.: szabad elektronok, ionok, semleges részecskék) Állapota lehet: termikus/meleg, valamint hidegplazma( DBD felületkezelés) Hidegplazma esetében az elektronok hőmérséklete nagy mértékben meghaladja a további alkotórészek hőmérsékletét 5/15
A kezelés Hidegplazma előállítása elektromos tér felhasználásával DBD (Dielectric Barrier Discharge) eljárás alkalmazása felületkezelés 6/15
A vizsgálat lehetőségeiről Több analitikai eszközzel való vizsgálat: Peremszögmérés A polimer felületre egy csepp vizet helyeztünk, majd a műszer segítségével megmértük az illeszkedési szöget. Kezelet PTFE Kezelet HDPE Optikai mikroszkóp Nincs tapasztalható változás. Kezeletlen PTFE Kezeletlen HDPE 7/15
SEM A vizsgálat lehetőségeiről IR 8/15
A vizsgálat lehetőségeiről XPS Működési elve: fotoeffektus Ultravákuum rendszer Felületérzékeny eszköz Mire képes az XPS? (mennyiségi, minőségi, analízis, kémiai állapot, felületi és mélységi eloszolás, rétegvastagság) Elektron detektor Minta bevezetés X-ray B. E. Adatgyűjtés és 9/15 feldolgozás I
A hidegplazmával kezelt PTFE vizsgálata XPS-sel 4 PTFE + DBD plasma 3 O Beépült oxigén Atomic % 2 C Polimer szén 1 C 1 CH2-CF 0 0 2 4 6 8 10 C 2 CH2-CH2-CF Time (min) kontroll 10 percig kezelt 3 percig kezelt 10/15
A hidegplazmával kezelt HDPE vizsgálata XPS-sel C1s O1s Kezeletlen HDPE Kezelt HDPE 24% O 3% N 11/15
Miért nem láttunk IR-rel? Miért előnyös az XPS? C2 26 C3 15 C4 7 O 46 N 6 25 Å CH2 SRIM program: Ionok behatolása 12/15
Eredmények és következtetés Megismerkedhettünk a polimerkémia világával, a felületkezelés sokszínű felhasználásával. Elsajátíthattuk különféle analitikai műszerek működési elvét, kezelését és a kapott adatok kiértékelését. A HDPE és a PTFE felületeit sikeresen kezeltük, amely során a polimert hidrofilabb tulajdonsággal ruháztuk fel. A módosítást sikeresen kimutattuk az XPS-en is, valamint meghatároztuk a kezelt felület összetételét, annak mennyiségét és vastagságát. 13/15
Ezúton is szeretnénk megköszönni a lehetőséget és a sok segítséget: Témavezetőinknek: Mohai Miklós és Klébert Szilvia Gulyás Lászlónak Németh Péter SEM labor Lendvayné Győrik Gabriellának a szervezést