表面改質方法與技術介紹：2大種類告訴你，膜厚與界達電位應用好重要！

在當今科技日新月異的時代，「表面改質」技術，儼然已經在產品性能提升和新應用開發中的重要作用。其中，「表面改質」技術作為材料科學的一個重要分支，已經成為提升材料性能、拓展應用領域的核心途徑。接下來，本文將對於「表面改質」的定義、目的與其應用技術進行深入分析，讓產業運用可以更加發揚光大！

表面改質方法與技術介紹

所謂的「表面改質」，是指對材料表面進行化學或物理上的處理，並以改變其表面性質或結構，從而達到特定的性能或應用需求。而這種處理可以涉及到添加新的化學物質、改變表面結構或調整表面性質，以增強材料的特定性能或提供特殊的功能。基本上，「表面改質」大致來說分為以下2種：

1. 肉眼看得見巨觀的

巨觀來說，一般是指大家物理性看得見的。舉例來說，在一個物品上面附著一層機能性薄膜，例如：防鏽、改變光學性質等等。
 

2. 肉眼看不見微觀的

微觀來說，一般是指化學性的物質，例如：加入添加劑到化學品中，也可以稱為表面修飾。可使溶液中的微粒子表面電荷或官能基產生改變電性，進而增加粒子的分散性或是與其他粒子的作用機制等等。

而化學性最常見的就是表面改質的過程中，分散劑是一種常用的添加劑，用來在材料中分散顆粒，並可防止它們凝聚或沉降。且分散劑有助於確保均勻的表面改質效果，並提高材料的穩定性和性能。
 

表面改質8大應用告訴你！

應用	說明
改善黏附性	使材料表面更容易與其他材料黏附，或提高塗層的附著力
增加耐磨性	使材料表面更耐磨，延長其使用壽命
提高抗腐蝕性	通過添加防腐劑或阻止氧氣、水分等侵入，改善材料對腐蝕的抵抗能力
提高光學性能	例如：減少反射、增加折射率等
功能性塗層	添加具有特殊功能的薄膜或塗層，如：抗細菌、自潔能力等
調整表面	能改變表面的親水性或疏水性，以影響其與液體的相互作用
增加導電性或絕緣性	通過添加導電性或絕緣性的物質，調整材料的導電性質
添加物	於化學品或食品中加入添加物，以增加保存期限

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膜厚量測與界達電位如何運用表面改質技術？

膜厚量測

「表面改質」會有各種不同的目的性，若以物理性的「表面改質」來說，可以膜厚是最直接檢測改質成果。
因其厚度可能會直接影響，例如：在顯示器面板上各種薄膜的光學性質，或是在物件上面的潤滑層防鏽層等等厚度，都會直接影響我們想要達到的性質。舉例來說，在工具表面進行DLC（diamond‐like carbon）處理，可增加耐磨性。
📖延伸閱讀📖  ：膜厚計種類有哪些？清楚了解技術原理，實際應用範圍一把抓！

多用途DLC鍍膜厚度測定

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表面電位

除了厚度量測以外，也可以應用在量測物品表面的電性改變。
「表面改質」不一定是要coating 膜層上去，也可以用照光等方法進行。
例如：當光觸媒處理後，可藉由照光可以將物質表面由親油端表面改質為親水端，使得附著在表面的油汙能更輕鬆刷洗，且常見應用於大樓的建材表面中。

光觸媒超親水性的產生過程與表面界達電位的變化

 

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「表面改質」也可使用接觸角的相關量測機台來測試，其接觸角比較起電位來說，會較為直觀但卻容易因為不同操作者而產生較大的誤差；甚至可能因表面粗糙度等影響，同樣電性卻會因粗糙度不同產生不同的接觸角結果。
故可與表面電位一起量測，做為相輔相成的參考數據。
另外，原來是帶負電的生物載玻片，也可將表面改質為 NH3+，使其更容易抓取帶負電的細胞。
 

細胞培養基版表面改質

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界達電位

當然除了固體樣品的表面改質以外，也必須要提到化學性的表面改質。「界達電位」就是評估分散安定性的指標，其原理介紹：


例如：使用添加劑增加粒子間的分散性，是每一種材料的開發進程上必經的道路。常見的分散劑有SDS（Sodium dodecyl sulfate）、Tween 80、SHMP（Sodium hexametaphosphate）、AOT等等都是增加表面電性常用的分散劑種類。

加入SDS進行表面改質

此類劑型的分散劑，通常包括：離子型（陽離子、陰離子、非離子型）和非離子型；且界面活性劑，是可以在材料表面形成一層薄膜或電荷層，有助於分散和穩定固體顆粒。
當然分散劑也不能亂加，有些分散劑可能對這材料無效，或是加過頭反而出現反效果都是常見的現象。

加入添加劑後的界達電位變化

必須針對不同的粒子，嘗試不同的添加劑種類以及濃度。而大塚的分析機台ELSZneo就能很好的用粒徑與界達電位等指標，來幫助研究人員判斷分散性&分散安定性的好壞。
若以上圖來看

• （A）趨勢為添加分散劑後進行表面改質，使樣品的分散性提高，但是過頭了以後反而又降下來；
• （B）是反向的趨勢，反而會讓分散性降低；
• （C）就算是一種無效的添加劑，添加再多也沒有明顯的變化。

可再舉一個表面改質的常客，就是「奈米金」，可直接參考：《奈米金應用功效有哪些？從粒徑分佈深入探索，了解當前發展領域到哪裡！》一文。
 

微粒子電性表面改質的多種方法

而微粒子的「表面改質」有多種方法，上面舉例是用電性進行的方法。但其實也有單純（a）改變表面電性，有利用表面官能基改變電性，也有（b）利用陰陽離子層直接積層的方法等等。

值得一提的是，除了最常見的利用電性改質的方法外，也有利用聚合物增加表面立體障礙力的分散方法；聚合物分散劑可以提供高分子量的分子，使其在材料中形成均勻的分散系統。這些分散劑的分子鏈，通常能夠包覆固體顆粒，以防止它們凝聚。
但此種方法分散的效果，目前並沒有一種有效的鑑定方法喔！

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