第四章 實驗結果與討論
4.1 電漿對 e-PTFE 表面親水、疏水性質之影響
4.1.1 氧氣(O 2 )電漿對 e-PTFE 表面親水、疏水性質之影響
本實驗以厚度 3 mm 的 e-PTFE 試片未經電漿改質量測其接觸 角，約為 110°，如圖 4.1。圖 4.2 為以 SEM 觀察表面型態之圖，可 清楚看出節點（Node）與纖維（Fiber）組合而成的結構。圖 4.3 為 未改質 e-PTFE 的 FTIR（Fourier Transform Infra-Red）光譜圖。實驗 中以相同的參數不同的 RF 功率（W）改質後，觀察濕潤角的變化情 形。
由圖 4.4 可以看出，當 RF 的功率越大，處理後的試片接觸角也 越大，具有顯著的超疏水效果。圖 4.5 為 RF 功率 500W，氧氣電漿 處理後濕潤實驗結果，接觸角已達 146°。這是因為 RF 功率越高，使 氧氣濃度分佈也較均勻，氧氣充分的被解離，所以氧氣對 e-PTFE 試 片產生蝕刻作用，進而產生微小的針狀組織，如圖 4.6（b）雖然針 狀組織不如圖 4.6（a）的明顯，但試片表面的針狀組織使其產生類 似荷葉效應（Lotus Effect），所以有疏水的效果，從圖 4.7 之光譜圖 可看出氧氣電漿把 e-PTFE 中的碳（C）與氟（F）打出，而有利於疏 水之針狀組織形成，RF 功率 100W 時，改質前後的效果並無太大的 差異，所以其接觸角改變幅度不大。圖 4.10 為電漿光譜：氧氣流量
20 sccm，RF 功率 100W，進行 20 分鐘 e-PTFE 表面改質，與 RF 功 率 500W 相比，e-PTFE 中的碳（C）與氟（F）元素被激發的電子軌 域數量明顯較少。圖 4.11 可看出氧（O2）、碳（C）和氟（F）從光 譜儀所測得的訊號強度（Intensity）隨著 RF 功率的上升而增加，氧
（O2）、碳（C）和氟（F）強度越高，產生微小的針狀組織，測得試 片上的接觸角（Contact Angle）越大。
圖 4.1 e-PTFE 試片未經電漿表面改質的接觸角約為 110°。
圖 4.2 以電子掃瞄顯微鏡觀察 e-PTFE 表面型態。
圖 4.3 經 FTIR 掃瞄之未改質 e-PTFE 光譜圖。
505.90 551.39
637.26 724.76
777.84
830.91
1151.36 1208.75 1499.08
1617.72 2869.84
60 65 70 75 80 85 90 95 100 105
%Transmittance
1000 1500
2000 2500
3000 3500
4000
Wavenumbers (cm-1)
C-F：520~830 cm-1 -CF3：~1240 cm-1 -CF3：505~600 cm-1 -CF2：~1150 cm-1
O2電漿
117
126
137
145 146
100 110 120 130 140 150
100 200 300 400 500
W
Contact Angle(Degree
圖 4.4 以氧氣流量 20 sccm 進行 20 分鐘 e-PTFE 表面改質，RF 功率 與濕潤角之關係。
圖 4.5 以氧氣流量 20 sccm，RF 功率 500W，進行 20 分鐘 e-PTFE 表面改質。
（a） （b）
圖 4.6 以氧氣流量 20 sccm，RF 功率（a）400W（b）500W，進行 20 分鐘 e-PTFE 表面改質。
圖 4.7 電漿光譜：氧氣流量 20 sccm，RF 功率 500W，進行 20 分鐘 e-PTFE 表面改質。
C
C C F
F F
圖 4.8 以氧氣流量 20 sccm，RF 功率 100W，進行 20 分鐘 e-PTFE 表 面改質。
圖 4.9 以 SEM 觀察在功率 100W、流量 20 sccm、時間 20 分氧氣電 漿改質後的 e-PTFE 表面。
圖 4.10 電漿光譜：氧氣流量 20 sccm，RF 功率 100W，進行 20 分 鐘 e-PTFE 表面改質。
氧氣電漿
72
130 194
240 296
43 55 83
157 350
39
150 150
198 225
0 100 200 300 400
100 200 300 400 500
W
Intensity O2
C F
圖 4.11 RF 功率與氧氣（O2）電漿中的元素強度關係圖。
C F C
4.1.2 氬氣(Ar)電漿對 e-PTFE 表面親水、疏水性質之影響
此實驗以 PECVD 電漿處理系統功率 100W 至 500W、氣體流量 20 sccm、時間 20 分鐘進行氬氣(Ar)電漿表面改質，觀察 e-PTFE 表 面濕潤角的變化情形。結果如圖 4.12，使用功率 100W 至 500W、氣 體流量 20 sccm、時間 20 分鐘的參數改質後均有著親水的特性。圖 4.13 為經氬氣電漿，在功率 500W、流量 20 sccm、時間 20 分鐘表 面改質後所測得之接觸角為 32°。因為經過氬氣電漿的物理轟擊
（Bombardment），把 e-PTFE 表面的自由基打出，接觸到大氣後而導 入親水官能基，使得 e-PTFE 材料表面的濕潤行為更加明顯。圖 4.14 為以 SEM 觀察在功率 100W 及 500W、流量 20 sccm、時間 20 分鐘 以氬氣(Ar)電漿改質後的 e-PTFE 表面。圖 4.14（b）雖然試片表面 有著針狀組織，但 FTIR 分析 C-F 鍵強度明顯減弱，因此材料表面呈 現親水狀態。圖 4.14（a）（低功率 100W）與未改質的試片表面差異 不大，但因經氬氣電漿的轟擊，產生親水官能基，故表面呈現了親水 性。圖 4.15 得知氬氣電漿把 e-PTFE 試片中的碳（C）與氟（F）打 出並激發，使試片上生成許多自由基，接觸到大氣後而導入親水官能 基，故 RF 功率越大親水性越好。圖 4.16 可以看出試片上的 CF2和 C-F 鍵結強度較未改質（圖 4.3）的 e-PTFE 試片弱了許多，氬氣電 漿轟擊試片產生自由基，與大氣結合生成 C-H 鍵或 O-H 鍵，因而產
生親水效果。
Ar
85 77
64
48
32 0
20 40 60 80 100
100 200 300 400 500
W
Contact Angle(Degree
圖 4.12 氬氣電漿表面改質，RF 功率與濕潤角之關係。
圖 4.13 氬氣電漿表面改質後的濕潤角為 32°（功率 500W、流量 20 sccm、時間 20 分鐘）。
（a） （b）
圖 4.14 以氬氣流量 20 sccm，RF 功率（a）100W（b）500W，進行 20 分鐘 e-PTFE 表面改質。
氬氣電漿
290
365 391 385 403
177 187 209 232 245 400 408 413 417 425
0 100 200 300 400 500
100 200 300 400 500
W
Intensity Ar
C F
圖 4.15 RF 功率與氬氣（Ar）電漿中的元素強度關係圖。
圖 4.16 e-PTFE 經氬氣電漿改質後以 FTIR 掃瞄圖（RF 功率 500W、
流量 20 sccm、時間 20 分鐘）。
511.02 550.70 637.02 1154.07
1210.22 1446.72
1508.56 1606.59 1882.47 2360.12
2869.54 3643.18
3664.30 3765.20
60 65 70 75 80 85 90 95 100 105
%Transmittance
1000 1500
2000 2500
3000 3500
4000
Wavenumbers (cm-1)
C-F：520~830 cm-1 -CF3：505~600 cm-1 -CF2：~1150 cm-1 O-H：2300~2370 cm-1 C-H：1470~1600 cm-1
4.1.3 氬氣（Ar）加氧氣（O2）混合電漿對 e-PTFE 表面親水、疏水