大气压等离子体射流(APPJ)诱导凝胶膜表面纳米颗粒生成

摘要

[目的]研究大气压等离子体射流（APPJ）对溶胶-凝胶法制备的SiO₂凝胶膜的表面改性作用。[方法]通过优化氩气流量、输入电压等射流参数，实现了均匀、低温的等离子体处理，避免了丝状放电导致的表面损伤。[结果]在适宜的APPJ作用下，凝胶膜表面可原位生成大量分散的SiO₂纳米颗粒，显著增加表面粗糙度与比表面积。颗粒的生成与凝胶的交联密度密切相关，未完全固化的湿凝胶或裂缝区域更易诱导颗粒形核与生长。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析表明，处理过程有效促进了正硅酸乙酯（TEOS）前驱体的进一步水解缩合，脱除有机残留基团，形成多孔Si─O─Si网络结构。[结论]提出了APPJ诱导表面纳米颗粒生成的机制：活性粒子促使局部网络重构成核，并结合表面产生的低聚物碎片迁移与附着生长。本研究为利用APPJ技术在低温常压下实现凝胶膜表面可控纳米结构化提供了理论与实验依据，在催化、传感等领域具有应用潜力。

关键词

大气压等离子体射流 / 溶胶-凝胶 / 表面改性 / 二氧化硅 / 纳米颗粒

基金资助

国家自然科学基金联合基金项目“叶企孙”科学基金（U2441266）; 国家自然科学基金青年科学基金项目（52102060）