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适读人群 ：本书可供高分子材料科学与工程、木材功能性改性及木材保护、轻工纺织等领域的研究人员、工程技术人员和高等院校有关专业师生参考。合成一种新的高分子材料，一般周期长，投资大，所以对现有高分子材料进行功能化改良是一条拓展高分子材料应用的有效途径。本书选择聚乙烯（PE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜材料为对象，以等离子体处理、等离子体聚合及等离子体引发气相接枝聚合为手段对其进行了表面亲水功能化改良。同样采用等离子体聚合的方法制备了疏水性的木材，尤其是采用等离子体刻蚀并结合等离子体化学气相沉积的方法，首次在木材表面制备了具有超疏水性功能化的木材。
该书是对材料表面改性的方法之一——等离子体改性技术进行论述，可供从事材料表面改性、表面功能化技术的相关人员借鉴和参考。
内容简介
合成一种新的高分子材料，一般周期长，投资大，所以对现有高分子材料进行功能化改良是一条拓展高分子材料应用的有效途径。本书选择聚乙烯（PE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜材料为对象，以等离子体处理、等离子体聚合及等离子体引发气相接枝聚合为手段对其进行了表面亲水功能化改良。同样采用等离子体聚合的方法制备了疏水性的木材，尤其是采用等离子体刻蚀并结合等离子体化学气相沉积的方法，首次在木材表面制备了具有超疏水性功能化的木材。该书是对材料表面改性的方法之一——等离子体改性技术进行论述，可供从事材料表面改性、表面功能化技术的相关人员借鉴和参考。
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目录
第1章绪论11.1等离子体概述3
1.1.1等离子体的分类4
1.1.2低温等离子体的特性5
1.1.3低温等离子体表面改性的机理8
1.1.4低温等离子体表面改性的方法10
1.2高分子材料的表面改性13
1.2.1表面及润湿性的概念14
1.2.2高分子材料表面改性的方法15
1.2.3高分子材料低温等离子体表面改性的优点17
1.2.4高分子材料低温等离子体处理研究进展18
1.2.5高分子材料低温等离子体引发接枝聚合研究进展21
1.3木材表面的低温等离子体改性研究进展23
参考文献24
第2章低温O2等离子体对聚乙烯薄膜的表面改性33
2.1引言35
2.2实验材料35
2.3聚乙烯薄膜的等离子体处理35
2.4单位面积的失重率37
2.5FTIR-ATR分析38
2.6XPS分析39
2.7表面形貌分析41
2.8热性能分析47
2.9接触角分析50
2.10粘接性能53
参考文献54
第3章低温Ar等离子体对聚乙烯薄膜的表面改性59
3.1引言61
3.2实验材料和等离子体处理61
3.3表面形貌分析62
3.4FTIR-ATR分析65
3.5XPS分析67
3.6表面的亲水性69
3.7粘接性能72
3.8热性能分析73
参考文献75
第4章等离子体辅助下LDPE薄膜表面功能基团的引入79
4.1引言81
4.2氨低温等离子体对LDPE薄膜的表面修饰81
4.2.1实验材料82
4.2.2氩等离子体预处理LDPE薄膜表面修饰氨基82
4.2.3氧等离子体预处理LDPE薄膜表面修饰氨基87
4.2.4氮等离子体预处理LDPE薄膜表面修饰氨基89
4.3丙烯酸等离子体聚合对LDPE薄膜的表面改性91
4.3.1实验材料和等离子体聚合92
4.3.2XPS分析92
4.3.3FTIR-ATR分析95
4.3.4SEM分析96
4.4等离子体引发气相接枝乙烯基单体对LDPE薄膜的表面改性97
4.4.1实验材料98
4.4.2等离子体引发和接枝98
4.4.3润湿与黏结性能98
4.4.4FTIR-ATR分析100
4.4.5XPS分析101
4.4.6表面形貌分析103
参考文献104
第5章低温O2、Ar和Ar/O2等离子体对PET薄膜的表面改性109
5.1引言111
5.2实验材料111
5.3PET薄膜的等离子体处理112
5.4表面的亲水性112
5.5FTIR-ATR分析114
5.6XPS分析114
5.7AFM分析119
5.8热性能分析121
参考文献122
第6章等离子体环境下含硅/氟单体对木材的疏水改性125
6.1引言127
6.2TMCS等离子体对西南桦木材的表面修饰128
6.2.1实验材料128
6.2.2等离子体聚合128
6.2.3表面化学结构与元素组成128
6.2.4表面形貌131
6.2.5疏水性能132
6.3HMDSO等离子体对木材表面的硅烷化133
6.3.1实验材料133
6.3.2等离子体聚合133
6.3.3润湿性能133
6.3.4元素组成与化学状态134
6.3.5表面形貌137
6.4全氟正己烷等离子体对木材表面的氟化138
6.4.1实验材料138
6.4.2等离子体聚合139
6.4.3润湿性能139
6.4.4元素组成及其化学环境140
6.4.5表面形貌143
参考文献144
第7章木材表面等离子体刻蚀和沉积纳米薄膜的超疏水性147
7.1引言149
7.2材料及试剂150
7.3等离子体刻蚀和碳氟薄膜的沉积151
7.4等离子体刻蚀和类金刚石薄膜的沉积151
7.5刻蚀时间对木材表面微纳粗糙结构的影响152
7.6润湿性能154
7.6.1刻蚀并沉积碳氟薄膜后对木材表面润湿性的影响154
7.6.2刻蚀并沉积DLC薄膜后对木材表面润湿性的影响157
7.7木材表面刻蚀并沉积纳米薄膜后的SEM分析159
7.8沉积纳米薄膜前后木材表面的元素组成及化学环境161
参考文献163
前言/序言
等离子体科学是20世纪60年代以来，在物理学、化学、电子学、真空技术等学科交叉的基础上发展形成的一门新兴学科。等离子体技术在材料科学、医药学、生物学、环境科学、农业科学、冶金化工、轻工纺织等领域有着潜在和广泛的应用。低温等离子体是由稀薄气体在低压下用激光、射频或微波电源激发辉光放电而产生的，是一种高能量的物质聚集态。借助等离子体技术可以实现一系列传统化学方法所不能实现的新的化学反应。以往高分子材料的表面改性大多是采用热化学反应或以高能辐射的方法来实现，这不可避免地带来了化学品的污染和射线防护屏蔽等问题。运用等离子体对材料表面进行改性具有干法、低温、高效、可控及环境友好等优点，而且仅对材料表面(从几到数百纳米)进行改性而不影响材料本身的基本性能，不影响改性材料本身的颜色和光泽。
合成一种新的高分子材料，一般周期长、投资大，所以对现有高分子材料进行功能化改良是一条拓展高分子材料应用领域的有效途径。本书以聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜材料为对象，以等离子体处理、等离子体聚合及等离子体引发气相接枝聚合为手段对其进行了表面亲水功能化改性。非极性高分子材料表面的亲水性功能化，有利于拓展和改善材料在复合、粘接、印染等领域的应用范围。同样采用等离子体聚合的方法制备了疏水性的木材，尤其是采用等离子体刻蚀并结合等离子体化学气相沉积的方法，首次在木材表面制备了具有超疏水性功能化的木材。用等离子体技术赋予木材表面疏水或超疏水性能，可以有效抑制或减少木材表面对水分的吸收，是一种拓展木材使用范围及提高木材耐久性和保持其使用稳定性的理想方法。
本书是在国家自然科学基金、云南省应用基础研究计划、西南林业大学云南省木材胶黏剂及胶合制品重点实验室、西南林业大学科研启动基金等资助下出版的。书中的主要内容是笔者在主持和完成国家自然科学基金项目“木材表面等离子体聚合沉积氟／硅纳米薄膜疏水改性研究(项目编号31260159)”、云南省应用基础研究计划“低温等离子体改进聚合物表面印刷适性的研究(项目编号2009CD066)、等离子体聚合木材表面沉积氟／硅纳米薄膜疏水改性研究(项目编号2012FB166)”、西南林业大学科研启动基金“低温等离子体改性聚乙烯薄膜的表面性能分析”及进行博士论文研究过程中完成的。
本书完成过程中，得到天津科技大学、西南林业大学、美国佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)、常州中科常泰等离子体科技有限公司等单位的帮助，受到李树材教授、杜官本教授、郑志锋教授、Dennis W Hess教授、Victor Breedveld教授、邵汉良高级工程师等的指导和帮助，在此一并表示衷心的感谢!
由于作者水平有限，加之时间仓促，书中不当之处在所难免，恳请有关专家和广大读者批评指正。
解林坤
2017年4月于昆明
用户评价
作为一名资深的高分子材料科学家，我一直在关注着材料表面科学和功能化改性的最新进展。这本书——《高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征》——的标题，正是我的研究领域的核心。我深知，等离子体技术以其高效、环保、可控的特点，在高分子薄膜和木材的表面改性方面展现出巨大的潜力。我尤其期待书中能够深入阐释不同等离子体介质（如空气、氮气、氩气、氧气等）以及不同放电模式（如射频、微波、直流等）在高分子薄膜和木材表面引发的化学和物理变化。例如，等离子体如何诱导高分子链断裂，产生自由基，从而有利于接枝聚合或交联？等离子体又如何改变木材表面的羟基密度，提高其亲水性或疏水性？我同样看重书中关于“表征”的详细论述，因为严谨的表征是理解改性机理、评估性能提升的关键。我希望书中能够详细介绍如何运用包括XPS、AFM、FTIR、SEM、TEM等在内的多种技术，从不同尺度、不同层面地揭示改性前后的材料变化。我猜测，书中还会重点讨论等离子体改性如何显著提升高分子薄膜的阻隔性能、改善木材的尺寸稳定性、或者赋予材料抗菌、抗静电等特殊功能。如果书中能够提供一些关于等离子体工艺放大生产的考虑以及相关的成本效益分析，那将对工业界的实际应用具有重要的指导意义。这本书的出现，无疑为我深入探索这一极具前景的研究领域提供了重要的参考资料。
评分作为一名材料科学领域的科研工作者，我始终对那些能够深刻影响材料性能的表面处理技术保持着高度关注。这本书——《高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征》——的标题，精准地概括了我一直以来关注的重点。我深信，等离子体作为一种“冷”的、非平衡的能量介质，在实现高分子薄膜和木材的精细化表面改性方面具有无可比拟的优势。我迫切希望书中能够深入剖析等离子体在不同介质（如气体、液体、固态等离子体）中与高分子薄膜和木材表面发生相互作用的微观机理，包括自由基的生成与反应、离子轰击引起的表面形貌变化、以及等离子体紫外辐射诱导的化学键断裂与重组等。我同样对书中关于“表征”部分的详细论述抱有极高的期望。我期待书中能够详细介绍如何运用诸如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）来观察改性前后材料表面和内部的形貌变化，如何利用X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）来解析表面化学成分和官能团的引入，以及如何通过接触角测量和表面张力测试来量化表面润湿性和表面能的变化。我相信，一本优秀的学术专著，不仅要描述“改性”，更要深入解读“表征”背后的科学含义，并在此基础上进行“论证”和“展望”。如果书中能够进一步探讨等离子体改性技术在提升材料的生物相容性、导电性、耐腐蚀性等方面的应用潜力，以及对未来新材料开发的前景进行预测，那将是极具启发性的。这本书的出版，无疑为我提供了深入理解和掌握高分子薄膜和木材等离子体改性及其表征技术的宝贵机会。
评分这本书名，《高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征》，一下子就抓住了我的眼球。我是一名对可持续材料和绿色化学充满热情的博士生，一直在寻找关于如何利用环境友好的等离子体技术来升级改造传统材料的资料。高分子薄膜在包装、电子、医疗等领域应用广泛，而木材作为一种可再生资源，其功能化改性具有重要的现实意义。我非常希望这本书能够深入剖析等离子体改性在高分子薄膜和木材表面所引发的化学反应机制，比如如何通过等离子体活化，促进表面接枝聚合，形成功能化涂层，或者如何利用等离子体诱导木材表面纤维素、半纤维素和木质素的结构变化，从而提升其性能。同时，我对书中关于“表征”的描述尤为关注，因为准确而全面的表征是验证改性效果、理解机理的关键。我期待书中能够详细介绍如何运用多种先进的表征手段，例如，如何利用共振光散射光谱（RLS）来研究等离子体诱导的荧光变化，如何通过聚焦离子束（FIB）结合SEM进行三维微观形貌分析，以及如何利用生物膜附着测试来评估改性后材料的抗菌性能。我推测，书中还会对等离子体改性在提升材料的生物可降解性、抗老化性、以及生物相容性等方面进行深入探讨。如果书中能够提供一些关于等离子体工艺的优化策略，以及如何评估改性过程对环境影响的考量，那将更是锦上添花。这本著作的出现，对我而言，无疑是一份珍贵的礼物，它将为我开展相关研究提供坚实的理论基础和实用的技术指导。
评分终于等到一本真正能打动我的书！“高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征”——这个书名本身就散发着专业和深入的气息，完全是我近期研究的焦点所在。我一直在苦恼于如何系统地掌握等离子体改性在这些不同但又具有重要应用价值的材料上的原理与方法。市场上那些泛泛而谈的书籍，往往无法满足我对于深度理解和精确操作的需求。我特别期待书中能详尽地解析不同类型等离子体（如常压等离子体、真空等离子体）的作用机理，它们是如何在高分子薄膜的表面引入新的官能团，或者改变木材表面的化学成分，例如羟基、羧基、胺基等等。更重要的是，我希望书中能提供一套严谨的表征流程，从宏观到微观，从化学到物理，全方位地展示改性效果。例如，如何利用扫描电子显微镜（SEM）观察改性前后表面微观形貌的差异，如何通过拉曼光谱（Raman Spectroscopy）检测表面分子结构的改变，以及如何运用表面张力仪来评估表面能的提升。我猜想，书中还会深入探讨这些改性技术如何影响材料的宏观性能，比如增强高分子薄膜与基材之间的粘附力，提高木材的尺寸稳定性，或者改善其对油墨、涂料的吸收性。这本书的出版，恰好填补了我知识体系中的一个重要空白，让我看到了将理论知识转化为实际应用的可能性。
评分我是一名材料工程师，长期关注着高分子材料和生物质材料的表面处理技术。这本书的书名——“高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征”——简直是为我量身定做的。我一直在寻找能够系统性地介绍等离子体技术在这些领域应用的权威著作。我特别希望书中能够深入探讨等离子体处理过程中的关键工艺参数，例如等离子体功率、处理时间、气体种类和流量等，以及这些参数如何影响改性效果。同时，我也期待书中能够提供详尽的表征手段，例如，如何利用X射线衍射（XRD）分析材料的晶体结构变化，如何通过差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）评估材料的热性能，以及如何利用动态力学分析（DMA）来研究材料的力学响应。我推测，书中还会对等离子体改性所带来的性能提升进行量化分析，比如改善高分子薄膜的渗透性、提高木材的阻燃性、或者赋予材料抗紫外线等功能。我非常看重书中在“表征”部分的详细介绍，因为准确的表征是评估改性效果、优化工艺、指导应用的基础。如果书中还能提供一些等离子体改性技术在工业化生产中的挑战与机遇的探讨，那将更具指导意义。这本书的出现，对我来说，无疑是一次学习和提升的绝佳机会，让我对如何利用等离子体技术提升材料性能有了更清晰的认识。
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评分我的专业背景是林业工程，一直对如何提升木材的附加值和拓展其应用领域充满热情。《高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征》这本书的出现，让我眼前一亮。虽然我主要关注木材，但书中将高分子薄膜和木材并列，说明了等离子体改性技术在不同材料体系中的普适性和多样性，这让我对其应用潜力产生了浓厚兴趣。我非常期待书中能够详细介绍等离子体技术如何应用于木材的表面处理，例如，如何通过等离子体激活，使木材表面更容易吸附和固定各类功能性聚合物，从而制备出具有防水、防火、防蛀等特性的木质复合材料。同时，我也希望书中能够深入阐述用于评估木材等离子体改性效果的表征方法，例如，如何利用扫描电子显微镜（SEM）观察木材表面微观结构的改变，如何通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表面化学成分的变化，以及如何利用万能试验机来测定改性后木材的力学性能。我猜测，书中可能还会涉及等离子体改性对木材颜色、表面硬度、以及尺寸稳定性等方面的具体影响。如果书中能够提供一些关于如何平衡等离子体改性效果与木材天然纹理和环保特性的讨论，那将更具启发意义。这本著作的出现，为我了解如何利用先进的等离子体技术来升级改造木材提供了宝贵的窗口。
评分这本《高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征》的标题，瞬间就击中了我的研究兴趣点。我是一名致力于开发新型生物医用材料的研究人员，一直对如何利用表面改性技术来提升材料的生物相容性和功能性感到好奇。高分子薄膜和木材作为两种截然不同但都极具潜力的材料，它们通过等离子体改性所能获得的性能飞跃，一直让我充满遐想。我非常期待书中能够详细阐述等离子体改性对材料表面微结构和化学组成的影响，例如，如何通过等离子体诱导交联，提高高分子薄膜的力学强度和耐化学性；如何利用等离子体在木材表面形成亲水性或疏水性涂层，从而改善其耐候性和抗污染性。此外，书中对“表征”的强调，也让我看到了其科学严谨性。我希望书中能够详细介绍各种先进的表征技术，例如，如何利用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）来分析材料表面的分子分布和结构，如何通过椭圆偏振法（Ellipsometry）来测量改性层厚度和折射率，以及如何利用生物相容性测试（如细胞粘附、增殖实验）来评估改性后材料的生物活性。我认为，如果书中能够结合具体的应用案例，比如将改性后的材料应用于药物缓释载体、组织工程支架或抗菌敷料，那将是极具启发性的。这本书的出现，无疑为我提供了深入了解这一前沿技术领域的机会，也为我今后的科研工作指明了方向。
评分读到这本书的书名，我简直心潮澎湃。《高分子薄膜和木材的等离子体改性及表征》，这个标题精准地捕捉了我长期以来在材料科学领域所探索的方向。我一直对如何利用非热平衡等离子体来精确调控材料表面性质，进而赋予其特殊功能感到着迷。市面上的文献浩如烟海，但真正能够系统性地梳理高分子薄膜和木材这两种截然不同但都极具应用价值的材料的等离子体改性过程，并对其改性效果进行全面、深入表征的书籍，却寥寥无几。我热切期盼书中能够详细阐述不同等离子体源（如介质阻挡放电、辉光放电、电晕放电等）在处理高分子薄膜和木材时所表现出的独特性质和适用范围，以及它们如何通过自由基、离子、紫外线等作用机制，在高分子链上引入新的官能团，或在木材细胞壁上引发交联反应，从而改变材料的表面化学性质和物理性能。更重要的是，我对书中关于“表征”部分的详尽描述寄予厚望。我希望书中能够清晰地介绍如何利用扫描隧道显微镜（STM）来观测等离子体处理后表面原子层面的变化，如何通过表面等离子体共振（SPR）来检测表面分子吸附的实时变化，以及如何利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）来分析改性过程中产生的挥发性有机物。我相信，一本优秀的书籍，不仅要讲述“是什么”，更要阐释“为什么”和“怎么样”。如果书中能进一步探讨等离子体改性在特定应用场景下的成功案例，比如提高高分子薄膜的光学性能、增强木材的耐腐蚀性，或者赋予材料导电性，那将是我最大的惊喜。这本书的出版，无疑为我打开了一扇通往更深层次研究的大门，让我对未来在该领域取得突破充满期待。
评分这本书的出现，简直就像及时雨，滋润了我这片研究的荒漠。长久以来，我一直在寻找能够深入浅出地解释高分子薄膜和木材如何通过等离子体技术进行改性的学术资源，并且能够详细阐述改性后材料的表征手段。市面上虽然不乏相关领域的书籍，但往往要么过于理论化，晦涩难懂，要么过于实践化，缺乏科学的深度。而这本书，从书名来看，就精准地抓住了我的痛点。我期待它能为我揭示等离子体改性背后的精妙科学原理，比如不同等离子体源（如射频等离子体、直流等离子体、微波等离子体）对材料表面化学键、表面形貌、表面能等产生的影响机制。同时，我也热切希望书中能够详细介绍各种表征技术，例如X射线光电子能谱（XPS）如何分析表面元素的组成和化学态，原子力显微镜（AFM）如何观察表面形貌的细微变化，傅里叶成像光谱（FTIR）如何识别表面官能团的引入，以及接触角测量如何量化表面润湿性的改变。我相信，通过对这些表征结果的深入解读，我能够更全面地理解等离子体改性对材料性能的提升，例如提高表面附着力、改善阻隔性能、增强耐磨性或赋予抗菌性等。此外，我也很好奇书中是否会涉及等离子体改性在具体应用领域的研究进展，比如在生物医学材料、食品包装、电子器件、复合材料等方面的应用案例，这将极大地拓宽我的研究视野，并为我今后的研究方向提供宝贵的参考。这本书的出现，让我看到了解决我当前研究难题的曙光，也让我对未来在高分子薄膜和木材等离子体改性领域深入探索充满了信心。
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