等离子技术在材料表面的应用

若须改变材料表面，向您提高等离子解决方案

等离子技术－尽皆可能

等离子可以应用于材料接合或精确改变材料表面属性。 通过这项前瞻性技术可以改变几乎所有的材料表面。 这 项技术可以应用于多种领域， 例如：

·精密清洗小部件及微小部件

·表面激活人造材料（先于粘接、 涂装工艺等〉

·蚀刻及部分去除不同材料的表面 如： PTFE 、 光刻胶、 硅等

·表面涂层如： 类 PTFE 涂层、 阻隔层、 亲水及疏水涂层、 减阻涂层等

等离子技术现已广泛应用于各工业领域， 并不断向新的应用领域延伸。

等离子技术

相比于其它工艺， 如火焰处理或湿法化学处理，等离子技术有着显著优势：

·许多表面性质只能通过此工艺来获得

·通用适用工艺：在线应用及全自动化应用

·杰出的环保工艺

·几乎元须考虑材料的几何外形， 可以处理如：粉未、 小部件、 板材、 绒头织物、 纺织品、 软管、 空心件、 印刷电路板等

·被处理的部件不会发生机械形变

·低温工艺

·低运营成本

·高工艺可靠性及高操作安全性

·高效工艺 

更多详细资料，可联系上海尔迪仪器科技有限公司

电阻率是决定半导体材料电学特性的重要参数，为了表征工艺质量以及材料的掺杂情况，需要测试材料的电阻率。

四探针法是目前测试半导体材料电阻率的常用方法，因为此法设备简单、操作方便、测量精度高且对样品形状无严格要求。

四探针法操作规范：要求使用四根探针等间距的接触到材料表面；在外边两根探针之间输出电流的同时，测试中间两根探针的电压差；通过样品的几何参数，输出电流源和测到的电压值来计算得出电阻率。

1、 四探针法测试系统需要哪些设备？

四探针法测试系统结构

今天给大家介绍的四探针法测试系统主要由吉时利源表、四探针台和上位机软件组成。四探针可以通过前面板香蕉头或后面板排线接口连接到源表上。

2、 吉时利源表为何能被应用于四探针法呢？

吉时利源表智能触屏界面提供I-V示图功能

很多工程师都选吉时利公司开发的高精度源表，源于它能够简化测试连接，得到准确的测试结果。吉时利源表既可以在输出电流时测试电压，也可以在输出电压时测试电流。输出电流范围从皮安级到安培级可控，测量电压分辨率高达微伏级。吉时利源表支持四线开尔文模式，因此很适合四探针法测试。这里配置的是吉时利2400系列的源表（2450/2460）。

3、四探针法测试方案能带来哪些好处？

读数便捷：系统提供上位机软件，内置电阻率计算公式，符合国标硅单晶电阻率测试标准，测试结束后直接从电脑端读取计算结果，方便后续数据的处理分析

精度高：提供正向/反向电流换向测试，可以通过电流换向消除热电势误差影响，提高测量精度值

适用性强：四探针头采用碳化钨材质，间距 1 毫米，探针位置稳定。采用悬臂式结构，探针具有压力行程。针对不同材料的待测件，提供多种不同间距，不同针尖直径的针头选项

灵活性好：探针台具备粗/细两级高度调整，细微调整时，高度分辨率高达 2 微米，精密控制探针头与被测物之间的距离，防止针头对被测物的损害

误差更小：载物盘表面采用绝缘特氟龙图层，降低漏电流造成的测试误差

以上内容由西安安泰测试整理，如想了解吉时利源表更多应用，欢迎咨询安泰测试网。

概述：

某一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度的材料成为薄膜材料，理论上薄膜材料厚度介于单原子到几毫米，但由于厚度小于100nm的薄膜已经被称为二维材料，因此薄膜材料通常指厚度介于微米到毫米的薄金属或有机物层。

薄膜材料可以分为非电子薄膜材料和电子薄膜材料，非电子薄膜材料需要对其电学特性进行分析，不是本方案针对的对象。电子薄膜又可以分为导电薄膜，介质薄膜，半导体薄膜，电阻薄膜，磁性薄膜，压电薄膜，光电薄膜，热电薄膜，超导薄膜等，表面电阻率是电子薄膜电学性质的重要参数。

电子薄膜材料表面电阻测试：

表面电阻率测试常用方法是四探针法和范德堡法，但对电子薄膜材料，范德堡法很少应用。多数情况下，电子薄膜材料电阻率测试对测试仪器的要求没有二维材料/石墨烯材料高，用源表加探针台即可手动或编写软件自动完成测试。

电子薄膜材料电阻率测试面临的挑战：

●电子薄膜种类多，电阻率特性不同

 需选择适合的SMU进行测试

●被测样品形状复杂，需选择适当的修正参数

厚度修正系数对测试结果的营销F（W/S）

原片直径修正系数对测试结果的营销

温度修正系数对测试结果的影响

●环境对测试结果有影响

利用电流换向测试消除热电势误差

●利用多次平均提高测试精度

需考虑测试成本

吉时利电子薄膜材料测试方案：

1、  通用配置

a.吉时利源表2450/2460/2461

b.四探针台（间距1mm）

c.测试软件（安泰测试系统集成可开发）

2、高阻电子薄膜材料测试方案

a.6221/2182A+6514X2+2000DMM

b.第三方探针台

c.手动或软件编程

方案优势：

1、  不同配置满足不同电子薄膜材料电阻率测试需求

2、  高精度源表，即可手动测试，也可以编程自动测试

3、  高性价比

吉时利源表作为电学测量的常用仪器，在高校和研究所的相关实验室内几乎都能看到，源表集多表合一、配上专业软件可以实现各种定制测量，使用非常广泛。

安泰测试作为泰克吉时利长期合作伙伴，专业提供设备选型和测试方案的提供，为西安多家企业和院校提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，如果您想了解吉时利源表更多应用方案，欢迎访问安泰测试网。

为牢固粘合塑料部件，表面处理是必不可少的工序。使用北京中海时代科技有限公司代理的德国冷等离子活化塑料表面是一种简单有效的解决方案。为此，RP等离子公司专门开发了piezo手持式等离子设备。基于CeraPlas压电式等离子发生器的便捷式等离子源。3D打印（又称“增材制造”）技术已广泛用于工业及个人制造应用。随着增材制造工艺的重要性日渐普及，对质量、材料多样性和产品坚固性的要求也在不断提高。

RP Plasma长期致力于研究在各种应用中使用冷等离子进行表面活化处理，包括3D打印等应用。而3D打印服务提供商Creabis则一直致力于生产尺寸超过600毫米的大型复杂零件。为将3D打印技术用于生产这些较大的零部件，先打印一个个独立部件，然后将其粘合在一起。在实践中，预先确定Z大粘合区域的接合形状，以及如何实现牢固粘合便成了难以克服的挑战。尤其是表面很小的窄长形部件，确保粘合强度至关重要。在涂抹粘合剂之前，通过冷等离子对粘合表面进行表面活化可提升粘合强度。

使用等离子进行表面活化处理主要有两大效果：深度清洁粘合表面的有机污染物，以及通过提高表面能改善粘合剂对粘合表面的浸润性。piezo等离子是一款GX紧凑的手持式等离子设备，无需特殊的技能知识要求或复杂的基础设施，非常适用于预处理待粘合的3D打印部件。这款手持式等离子设备的核心是CeraPlas压电式等离子发生器，后者是一种用于产生常压冷等离子的高压放电装置。通过等离子活化单个部件以提高粘合强度。

应用充分展现了使用北京中海时代科技的压电手持式等离子设备处理3D打印部件的潜力。采用选择性激光烧结技术 (SLS) 并以无填料PA12为原料打印四个独立部件，用于生产创新的小型电动车辆的内门饰板。然后，用冷等离子活化这些部件并用氰基丙烯酸酯（QL胶）点胶。当部件仍然处于活化状态时，使用一种双组分粘合剂将它们粘合成一个整体结构，从而完成整个粘合工作。

等离子技术的使用带来了优势，压电手持式等离子设备带来了无限的可能性，可粘合以前无法想象的独立部件。应用中，比赛摩托车的内饰由12个单独的部件组成，这12个部件均采用3D打印技术制造，经piezo压电等离子预处理之后粘合成一个整体。超佳的粘合强度使安装在摩托车上的内饰甚至能承受超过200 km / h的高速。内部测试表明，采用等离子技术处理部件后，粘合强度是未处理时的三倍。

1. 聚合物老化

聚合物材料如橡胶有很重要的用途，聚合物的某些独有特性的丧失（老化），是一项重要的损耗并影响产品的可靠性。聚合物的老化是一个复杂过程，主要发生在加热、气体、射线和机械应力等外界条件下。

1) 射线对聚合物影响

2) 机械应力对聚合物影响

3) 热量损害对聚合物影响

4) 化学损害对聚合物影响     

2. 聚合物水合与干燥

聚合物干燥过程中水分分布是聚合物制造业关心的问题，人们需要一种检测水气分布的方法，从而能更直接的观察干燥或吸水时水分的传输机制。基于核磁共振的技术在近期表现出检测水分迁徙的zhuo越性能，并且对样品无损伤。同时，核磁还提供弛豫时间的信息，不仅给出水分的含量，还同时给出水分分布。无损伤，无入侵性，保证同一样品的纵向比较。      

3. 聚合物生产质量控制

低场核磁分析仪是检测聚合物的新手段，它提供了实时监测聚合物品质的可能，分析速度快，无损伤，几乎不需要样品预处理，是工业质量控制的shou选设备。      

4. 聚合物结晶、融化的动力学研究

磁共振技术能同时测定聚合物中晶体区，融化区和非晶体区，利用其特有的弛豫时间参数，对样品无损伤，迅速准确的给出反映活动性数据。      

5. 聚合物成分检测

价格经济的低场核磁技术能提取交联链的顺序分布，因此能灵敏的反映交联异构和其他拓扑约束。  

（来源：苏州纽迈分析仪器股份有限公司）

    “碳达峰”和“碳中和”一直都是能源领域的热点话题，作为助力“双碳”战略的生力军，光伏产业具有举足轻重的地位。目前光伏的主力是硅太阳能电池，它们具有效率高、稳定性好、产业链完备、使用寿命长的优势。然而，晶硅电池的转换效率到达瓶颈，且从硅料到组件至少经过4 道工序，单位制程需要3 天以上，同时还需要大量人力、运输成本等。为了让太阳能的利用更加便捷、高效且廉价，科学界和工业界正在研制新型太阳能电池；钙钛矿太阳能电池就是备受关注的后起之秀，钙钛矿叠层效率极限可达50%，而钙钛矿组件在单一工厂完成生产，原材料经过加工后直接成组件，没有传统的“电池片”工序，大大缩短制程耗时。但是，如何制备大面积且能保持较高效率的钙钛矿太阳能电池，依然是难题，也成了制约其产业化应用的瓶颈。

       原速ALD在钙钛矿电子传输层、空穴传输层、钝化层、封装阻水层等领域已取得了突破性进展，获得了业界的认可。为了更高效地服务于世界光伏产业高地，原速也在上海建立了技术研发中心。截止目前，公司已形成服务于钙钛矿电池研发、中试、100MW、 GW级量产的产线ALD技术解决方案。

1、ALD-SnO2 应用于钙钛矿电池电子传输层 

• ALD 相比于传统沉积技术，在制备超薄膜时具有更优异的均匀性和保形性，以及缺陷更少的优点

2、ALD-NiO 应用于钙钛矿电池空穴传输层 

• ALD 可用于制备性能优异的超薄（<10 nm）NiO 空穴传输层

3、ALD 应用于钙钛矿电池钝化层 

• ALD 超薄膜可以应用于界面处，通过和悬挂键反应的方式减少表面缺陷，或排斥载流子，达到钝化的效果

4、ALD 应用于钙钛矿电池封装 

• 致密的 ALD 膜可达到有效的阻水氧的效果

       锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间穿梭。在充电过程中，锂离子从正极脱出经过电解液和隔膜到达负极发生反应。在放电过程中锂离子从负极返回正极嵌入正极材料。在循环过程中，正极材料面临许多的问题如自身体积的变化，晶体结构的改变，界面结构的退化等导致的容量衰减。同样的，负极材料也面临着体积膨胀，枝晶的生长导致的负极材料的粉碎溶解、从集流体表面剥离脱离、电接触变差，短路等一系列问题，这些问题导致材料的容量和循环性能严重下降，甚至电池的起火爆炸。

       原子层沉积（ALD）薄膜沉积可以合成具有原子级精度的材料，基于自限的膜纳米级的控制，可以实现多组分膜的化学成分控制、大面积的薄膜/工艺的可重复性，具备低温处理以及原位实时监控等技术特征。该技术在锂离子电池，太阳能电池，燃料电池以及超级电容器中都具有广泛的应用。

      ALD已经被公认是一种非常有前途的工具可以用来解决锂离子电池以及其他电能储存设备所面临的问题。ALD在锂离子电池中的应用主要分为两个方面：(1)高性能电池电极，隔膜，集流体材料等的制备；(2)表面修饰。其应用主要总结在下图：

1、ALD在电极材料及电解质制备中的应用

a、ALD 用于负极材料的制备

采用ALD技术制备的负极材料主要集中在过渡金属氧化物(TMOs), 如RuO₂, SnO₂, TiO₂和ZnO. 其能量密度比传统的石墨电极高。同时，为了解决TMOs负极材料所面临的挑战，如SnO₂在循环过程中较大的体积变化，TiO₂低的电子跟离子电导率，由超高电导率的碳基材料如石墨烯，碳纳米管以及Mxenes与TOMs组成的复合负极材料可以很好的融合两者的优势。

如：ALD制备的TiO₂/CNF-CFP(carbon fiber paper)负极，具有高可逆容量（272 mAh g⁻¹ at 0.1 A g⁻¹），超高倍率性能(133 mAh g⁻¹ at 40 A g⁻¹) 以及超长循环稳定性（≈ 93%容量保持率在10000 圈 at 20 A g⁻¹）。

b、用于正极材料的制备

通过ALD技术制备的正极材料有非锂化正极如V₂O₅, FePO₄; 锂化正极如LiFePO₄, LiCoO₂以LixMn₂O₄。

如TiO₂/V₂O₅/@CNT paper正极在100 mA g^-1的电流密度下的放电比容量为400 mAh g^-1，达到了理论放电比容量。 同时，正极材料V2O5的溶解问题可以通过TiO₂层得到，同时不损失容量跟倍率性能。

c、SSEs固态电解质的制备

归功于其安全性及循环稳定性，全固态锂离子电池近来成为了研究的热点。ALD可以解决全固态锂离子电池所面临的两大关键性挑战：a.高界面阻抗，b.低离子电导率。 最近采用ALD制备的固态电解质有LiPON, Li7La₃Zr₂O₁₂, LixAlySizO, LixTayOz, LixAlyS and Li₂O-SiO₂.这些含锂SSEs提供了一个关键的技术平台来制备高能量密度，长寿命以及安全的可充放电池。如下图所示，ALD制备的LLZO为制备3D全固态锂离子微电池提供了一条技术路线。

2、ALD在电池电极，隔膜，集流体等表面修饰领域的应用

a、ALD对负极表面修饰的应用

在负极材料中，ALD表面/界面修饰技术主要为了解决从SEI膜引发的系列问题。在循环过程中，SEI膜的大量形成以及体积变化会引起电极的破坏，从而引发新的暴露面导致容量的衰减。如在石墨负极表面沉积Al2O3可以在电池循环了200圈之后有效地保持98%的首圈容量。

锂金属作为负极材料的未来之星，在锂金属的沉积跟剥离过程中，锂枝晶的生长导致电池短路的问题亟待解决。采用ALD技术在锂金属表面构建例如有机/无机复合人工SEI膜，可以有效地抑制锂枝晶的生长。

b、ALD对正极表面的修饰作用

为了解决正极材料表面所面临的电解液分解，相变，析氧以及过渡金属溶解等问题,采用ALD技术在正极材料表面沉积保护层可以作为物理阻挡层或者HF清除层，从而有效地提高电池的循环稳定性跟倍率性能。在正极材料（层状结构：LiCoO₂, LiNixMnyCozO₂,富锂(Li-rich)xLi₂MnO₃·(1 − x)LiMO₂(M = Mn, Ni, Co)，尖晶石结构LiMn₂O₄)表面沉积的ALD镀层主要可以分为四类：a金属氧化物：Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, CeO₂, Ga₂O₃; b氟化物：AlF₃, AlWxFy; c磷化物：AlPO₄,FePO₄; d含锂化合物：LiAlO₂, LiTaO₃, LiAlF₄。