聚合物的应用范围越来越广，特别是在医疗器械行业。了解聚合物表面特性至关重要，因为聚合物与其环境之间的许多关键相互作用都发生在表面。例如，医疗设备中使用的聚合物表面通常是身体和设备之间的界面。通过控制聚合物的表面特性，医疗器械设计人员可以增强或抑制身体对器械的各种反应。聚合物与其环境之间的相互作用在很大程度上取决于表面成分和结构。已经开发了诸如喷涂，真空沉积和化学或等离子蚀刻之类的处理，以产生其他所需的表面特征和形貌。

由于表面成分和形貌在聚合物的性能中起着如此大的作用，因此精确的表面表征可能是快速部署新材料或了解现有材料中的问题和行为的重要组成部分。原子力显微镜（AFM）具有高分辨率表面映射功能，可以成为该表征的关键组成部分。

应变和等离子体蚀刻的表面效应

图1 接收表面

此处提供的图像展示了应变和氧气等离子体蚀刻对医疗器械包装中使用的乙烯-醋酸乙烯酯薄膜的影响。第一张图像（图1）显示了接收表面的4μm相位图像。为了创建相位图像，悬臂在其共振频率附近振荡，悬臂与其驱动力之间的相位滞后绘制为样品上横向悬臂位置的函数。相位滞后可能对样品表面的物理性质差异以及形貌敏感。AFM相位图像提供了聚合物表面的详细视图。相位图像中定义明确的特征可能是聚合物薄片以略有不同的方向出现在表面的结果。

第二张图像（图2）是样品应变到断裂点并释放应力后同一样品不同区域的5μm相位图像。

图2 应变

图3 未应变，蚀刻3分钟

图 4 应变，然后蚀刻 3 分钟

应变方向在图像中从上到下延伸。显然，表面已被施加的应力所改变。将这些形态信息与XPS或TOF-SIMS等技术的详细化学分析相结合，提供了有关该样品行为的宝贵信息。由于这些图像都不需要任何类型的样品制备，因此结果不受制备过程中可能产生的伪影的影响。

示例历史记录

聚合物表面样品的历史对其行为和性能有重要影响。获取图1和图2所示的图像后，将样品在氧等离子体中蚀刻三种不同的时间间隔：15秒，1分钟和3分钟。图3和图4显示了3分钟等离子体蚀刻的效果。很明显，应变表面结构受到的影响程度比未应变表面大得多。

定量分析：表面粗糙度和PSD图

虽然能够可视化聚合物的表面本身是有用的，但在某些情况下，实际量化物理特性的能力可能很重要。聚合物表面粗糙度是从AFM数据中测量的明显参数。然而，虽然样品表面的粗糙度值可能很有用，但它也可能具有误导性。两个表面可以具有相同的均方根（RMS）粗糙度，但形貌却大不相同。表面的功率谱密度 （PSD）图可以成为理解和表征表面纹理的更有效工具。PSD 本质上是表面轮廓的傅里叶变换，显示表面上特征尺寸的分布。表面的功率谱密度（PSD）图可以清楚地揭示该表面中的任何周期性结构。

图 5 未应变，蚀刻 1 分钟

RMS粗糙度值是通过取PSD积分在某个感兴趣的频率区间上的平方根来计算的。图5是PSD图，清楚地显示了应变和蚀刻表面如何受到刻蚀时间增加的影响。PSD仅在y方向上计算，以突出表面结构的方向性。正如图像所预期的那样，随着刻蚀时间的增加，峰值移动到更长的波长，表明表面特征的尺寸正在增加。表面粗糙度随刻蚀时间的增加通过曲线的垂直位置随蚀刻时间的增加来证明。

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