اثر پلاسمای نیتروژن و لیزر اگزایمر آرگون فلوراید بر ویژگی‌های سطحی پلیمر پلی متیل متاکریلات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 سازمان انرژی اتمی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته ای

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

در این پژوهش اثر تابش لیزر اگزایمر آرگون فلوراید و پلاسمای نیتروژن بر روی ویژگی‌های سطحی و فیزیکی پلیمر پلی متیل متاکریلات بررسی و مقایسه شده است. پارامترهای مختلف سطحی و فیزیکی شامل زاویه تماس، انرژی سطح، زبری و مورفولوژی آن‌ها مورد توجه قرار گرفته است. تغییرهای ایجاد شده بر سطح پلیمر بر اساس تابعی از زمان پردازش مورد مطالعه قرار گرفته است. زاویه تماس نمونه‌ها و انرژی آزاد آن‌ها، زبری و مورفولوژی سطح آن‌ها و همچنین ساختار نمونه‌ها از طریق XRD مطالعه شده است. بر پایه نتایج بدست آمده، تابش‌دهی با لیزر و پلاسما آثار متفاوتی در پی داشته است. بررسی نمودارها و تحلیل آ‌ن‌ها نشان می‌دهد زاویه تماس نمونه‌های پردازش شده با پلاسمای 50 وات با افزایش زمان پردازش تا مقدار o54 کاهش می‌یابد که این امر موجب افزایش آب‌دوستی و رطوبت‌پذیری نمونه‌ها نسبت به نمونه‌های مرجع شده است. پلاسمای 100 وات نیز باعث کاهش زاویه تماس تا مقدار o67 و در نتیجه آن افزایش آب دوستی این نمونه‌ها می‌شود. در مقابل زاویه تماس نمونه‌های پردازش شده با لیزر با افزایش زمان پردازش تا مقدار o69 افزایش می‌یابد. در نتیجه اثر لیزر اگزایمر آرگون فلوراید کاهش رطوبت‌پذیری نمونه‌های پردازش شده می‌باشد. بررسی تصاویر SEM و همچنین زبری سنجی نمونه‌ها پس از پردازش با پلاسما ایجاد تغییرات سطحی اندک و صاف تر شدن نمونه‌ها را نشان می‌دهد. بالعکس در نمونه-های پردازش شده با لیزر افزایش ناهمواری‌ها و زبری سطح آن‌ها را گزارش شده است.

کلیدواژه‌ها


1. Essam Abdel Fattah, Surface Activation of Poly (Methyl Methacrylate) with Atmospheric Pressure Ar + H2O Plasma, Polymers, 12)2020(2299.
2. Roholah Sharifi, Soudabe Mahmoudzadeh, Mohammad Mirazul Islam, Darrell Koza, Claes H. Dohlman, Poly(methyl methacrylate): Covalent Functionalization of PMMA Surface with L3,4Dihydroxyphenylalanine (LDOPA) to Enhance its Biocompatibility and Adhesion to Corneal Tissue, Adv. Mater. Interfaces, 1)2020.(
3. C. Harper, Handbook of Plastics, Elastomers and Composites, 2nd Ed. McGraw-Hill, New York, )1992(.
4. R.Ortiz, J. L. Chen, D. Stuckey, T.Steele, Poly (methyl methacrylate) surface modification for surfactant free real time toxicity assay on droplet microfluidic platform, ACS applied materials and interfaces, 9)2017(15 13801-13811.
5. S. Patel, R.G. Thakar, J. Wong, S.D. Li, Control of adhesion on Poly ( Methyl Methacrylate) biomaterials, 27)2006(2890-2897.
6. F. Fixe, M. Dufva, P. Telleman, C.B.V. Christensen, Functionalization of poly ( methyl methacrylate) as a substrate for DNA microarrays, Nucleic Acids Res, 32, )2004(.
7. Kieu The Loan Trinh, Duc Anh Thai, Woo Ri Chae, Nae Yoon Lee, Rapid Fabrication of Poly(methyl methacrylate) Devices for Lab-on-a-Chip Applications Using Acetic Acid and UV Treatment, ACS Omega, 5(28) )2020(17396–17404.
8. Amirul A. RaffiaMukhlis, A. RahmanaMuhammad, Aizi MatSalim, surface treatment on polymeric polymethyl methacrylate (PMMA) core via dip-coating photopolymerisation curing method, Optical Fiber Technology, 57(2020) 102215.
9. V.Bagiatisa, G.W.Critchlowa, D.PriceaS.Wang, The effect of atmospheric pressure plasma treatment (APPT) on the adhesive bonding of poly(methyl methacrylate) (PMMA)-to-glass using a polydimethylsiloxane (PDMS)-based adhesive, International Journal of Adhesion and Adhesives, 95(2019)102405.
10. Kitova, S., Minchev, M., Danev, G. RF plasma treatment of polycarbonate substrates, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 7(2005) 2607-2612.
11. Jaleh, B., Shahbazi, N. Surface properties of UV irradiated PC-TiO2 nanocomposite film, Applied Surface Science. 313)2014(251-258,.
12. Dwaikat, N., Sato, F., Kato, Y., Iida, T, The effect of two ultraviolet sources on the etching properties of a solid-state nuclear track detector CR-39, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 584)2008(353-357.
13. Abu-Jarad, F., Islam, M.A., Abu-Abdounand, I., Khan, M.A., Ultraviolet and laser irradiation effect on various batches of CR-39, Nuclear Tracks and Radiation Measurements. 19)1991(135-138.
14. El-Saftawy, A.A., Abd El Aal, S.A., Badawy, Z.M., Soliman, D.A., Investigation wettability and optical properties of PADC polymer irradiated by low energy Ar ions, Surface & Coatings Technology. 253(2014)249-254.
15. Kumar, R., Singh, P., UV-visible and infrared spectroscopic studies of Li3+ and C5+ irradiated PADC polymer. Results in physics, 3)2013(122-128.
16. Rafique, M.S., Bashir, S., Ajami, A., Atomic force microscopy, Raman spectroscopy and nonlinear absorption properties of femtosecond laser irradiated CR-39, Applied Physics A. 101)2010(551-554.
17. Srivastava, A., Singh, T.V., Mule, S., Rajan, C.R., Pontrathnam, S., Study of chemical, optical and thermal modifications induced by 100 MeV silicon ions a polycarbonate film, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 192)2002( 402-406.
18. Yoshimura, R.; Hikita, M.; Tomaru, S.; Imamura, S. J, Low-loss polymeric optical waveguides fabricated with deuterated polyfluoromethacrylate, Light wave Technol., 16)1998(1030,.
19. Shen Tang and Ho Suk Choi, Comparision of low and atmospheric pressure RF plasma treatment on the surface modification of PMMA, j.phys.chem. C,112)2008(4712-4718.
20. Risbud, Makarand V, Dabhade; Radio frequency plasma treatment improves the growth and attachment of endothelial cells on PMMA, journal of Biomaterials science, polymer edition, 13)2002(1067-1080.
21. N. Gomathi, A. Sureshkumar, Sudarsan Neogi, RF plasma-treated polymers for biomedical applications, Current Science, 94) 2008(1478-1486.
22. Ben Amors, B Audg, Jacquet M, Nance G, Floux P; Nardn M, XPS characterization of plasma treated and alumina coated PMMA, Applied surface science,153)2000(172-183.
23. E. Abdel–Fattah, Surface Activation of Poly(Methyl Methacrylate) with Atmospheric Pressure Ar + H2O Plasma, Coatings, 9)2019(228.
24. Riau, A.K.; Venkatraman, S.S.; Dohlman, C.H.; Mehta, J.S. Surface modifications of the PMMA optic of a keratoprosthesis to improve biointegration,Cornea, 36)2017(15–25.
25. P. Viville, S. Beauvois, G. Lambin, R. Lazzaroni, J. L. Brédas, K. Kolev and L. Laude; Excimer laser-induced surface modifications of biocompatible polymer blends; Applied Surface Science, 96)1996( 2, 558-562.
26. Qi Heng , Chen Tao , Zuo Tie-chuan; Surface roughness analysis and improvement of micro-fluidic channel with excimer laser; Microfluidics AND Nanofluidics; Springer Berlin / Heidelberg, 2)2006(4, 357-360.
27. Heng Qi, Tao Chen, Liying Yao and Tiechuan Zuo; Hydrophilicity modification of poly (methyl methacrylate) by excimer laser ablation and irradiation; Microfluidics and Nanofluidics, 5)2008(.
28. Owens, D.K. and Wendt, R.C, Estimation of the Surface Free Energy of Polymers, Journal of Applied Polymer Science, 13)1969(1741-1747.
29. B.jaleh, P.Parvin, N.Sheikh, M.Hajivaliei, E.Hasani, Surface modification of Lexan treated by RF plasma, 203)2009(2759-2762.
30. Park, S. J.; Cho, K. S.; Choi, C. G. J, Studies on pore structures and surface functional groups of pitch-based activated carbon fibers, ColloidInterface Sci, (2003)258-442.
31. Fang, Z.; Liu, Y.; Liu K.; Shao, T.; Zhang, C., Surface modifications of polymethylmetacrylate films using atmospheric pressure air dielectric barrier discharge plasma, Vacuum, 86(2012)1305–1312.
32. Mizukoshi T., Matsumoto H., Minagawa M. and Tanioka A., Control over Wettability of Textured Surfaces by Electrospray Deposition, J. Appl. Polym. Sci., 103(2007) 3811-3817.
33. Kaminska, A.; Kaczmarek, H.; Kowalonek, J. Eur. Polym. J. (2002) 38, 1915.