引言
时代的进步，科技的发展带动我国各行业发展迅速，使得我国快速进入现代化科学技术发展阶段。激光表面改性技术是利用聚焦的高能量激光束，照射有机高分子材料表面，使材料表面发生物理、化学变化，从而改变其性能。激光表面改性技术避免了有毒、有害、危险化学试剂等的使用，环境友好，并且只对激光辐射区域进行改性，具有高度局域选择性。
1.激光表面改性有机高分子材料
1.表面微观形貌的变化激光表面改性有机高分子材料，当激光能量密度低于材料损伤阈值时，并不会引起材料表面微观形貌的变化；当激光能量密度高于材料损伤阈值时，激光能够使材料发生熔化、气化、分解和去除等，从而在材料表面形成凸起、凹坑、多孔-海绵状、周期性结构等微观形貌。2.表面化学成分的变化激光改性有机高分子材料时，材料表面的化学键有可能吸收激光光子的能量而发生断裂，引起化学成分的变化。当激光能量密度低于材料的刻蚀阈值时，虽然材料的微观形貌没有变化，但有可能会引起材料表面化学成分的变化，其改性机理主要是光化学作用。可见，激光改性引起的表面化学成分的变化与有机高分子材料本身的特性、改性激光参数（如激光波长、能量密度等）、改性环境等密切相关。即使相同的有机高分子材料，在不同的激光参数作用后，化学元素含量比例变化也会明显不同，甚至相反。
2.难粘高分子材料的表面处理技术
1.化学试剂处理法。化学试剂处理法是以往对难粘高分子材料进行表面预处理的常用方法，在这里值得注意的是化学试剂处理法只是难粘高分子材料化学处理方法的一个总称，具体来说该方法还可以分为硫酸法、过硫酸法、自磷法、高锰酸钾法等。对于化学试剂处理法来说，它主要是用于将难粘高分子材料表面进行氧化以及导入羧基、乙炔基、羟基等基团。而对于化学试剂处理法来说，影响其处理效果的因素主要分为四个方面：一是化学试剂的配方、二是表面处理的时间、三是进行处理时的温度、四是被处理材料的种类。总的来说，运用该法对难粘高分子材料进行处理能够得到较好的处理结果，同时还具有不需要使用特殊设备的优点。但由于该法在处理过程中容易导致制品着色、处理时间较长，以及污染严重等缺陷在目前的难粘高分子材料处理过程中已经逐渐被人们所遗弃。2.气体热氧化法。通常情况下，难粘高分子材料可以通过空气、氧气、臭氧地等气体进行氧化，从而改善其粘附性。一般来说，在实际的气体氧化处理中，人们都会选择臭氧对难粘高分子材料进行表面氧化处理。其主要原因在于利用臭氧对难粘高分子材料进行表面处理不会受到抗氧剂的影响，从而有利于提高氧化效果。但在实际中热空气氧化和气体氮化也是常用的氧化方法。对于热空气氧化法来说，它可以利用在热空气中添加某些促进剂提高其剥离强，从而加快反应速度，提高氧化效果。
3.有机高分子材料的老化行为的调控
1.热老化的预防，为了预防材料的老化，首先要合理控制材料的加工温度。而过低的温度也会导致材料性能发生变化，所以也要增强材料的抗寒性。具体来讲，就是在材料生产过程中，需要添加一定的增塑剂，从而使材料的玻璃化温度得到降低。就目前来看，增塑剂主要有分子增塑和结构增塑两种。其中，分子增塑可以增加分子链柔顺性，而结构增塑则能起到润滑作用。2.湿老化的预防，在预防材料的湿老化时，主要需要防止材料在酸碱催化作用下接触水分子。因为，一些有机高分子材料在酸碱催化作用下水解，则将对空气造成一定的污染，甚至引发酸雨的出现。所以，需要尽量避免在酸碱环境下使用该类材料。此外，为了防止材料与水分子的接触，也可以在材料表面覆盖防水薄膜，从而防止材料因水解而老化。
4.功能陶瓷材料的前驱体
金属复合陶瓷是一种具有多种用途的非金属耐火材料。然而，将这些材料加工成所需形状和图案需要高温，这是一个严峻的挑战。因此，使用金属聚合物前驱体，使其易于加工成所需形式，然后热解生成特定形状/图案的陶瓷产品，是解决这一问题的一种有效方法。根据总反应化学计量学原理来制备聚合物与氧化物的混合物，随后对其进行了加热。以前曾证明，这两个步骤都是在没有金属氧化物的情况下进行的。经过进一步加热，金属氧化物发生相应碳化反应而形成金属碳化物，最重要的是在较低温度下进行。结果表明，碳硅烷基体分解过程中金属氧化物颗粒包覆是提高还原过程效率的重要因素。考虑到这种效应在聚合物-金属氧化物复合材料中的表现，金属中心与聚硅二乙炔之间的反应速度随着这两个组分的紧密连接而进一步提高似乎是合理的。另一项重大进展是螺环硅铁辉石的热聚合，它提供了交联的前驱体聚合物网络，这可以以较高陶瓷产率（90%）热解，并保留前驱体的形状。
5.表面润湿性的变化
材料表面的润湿性主要与材料表面的微观形貌和/或化学成分有关。激光改性有机高分子材料引起表面微观形貌和化学成分的变化，进而对润湿性产生影响。随着离焦量的增加，水接触角逐渐增大，亲水性逐渐减少，当离焦量达到一定值后，水接触角大于90°，改性表面呈疏水性，而且水接触角关于离焦量呈对称性分布。未离焦时，极性含氧基团的含量最高，非极性基团的含量最低。随着离焦量逐渐增大，极性含氧基团的含量降低，非极性基团的含量增加。研究了纳秒脉冲紫外激光（355nm）的能量密度和脉冲重复频率对改性后PC表面润湿性的影响，发现不同激光重复频率下，PC表面润湿性的变化规律相同，随着能量密度的增大，水接触角也逐渐增大，表面由亲水性转变为疏水性；激光改性后，表面含氧基团的含量增加。一般来说，含氧基团增加会提高材料的亲水性，减小水接触角，但此时激光改性在PC表面形成的周期性V型槽微观结构，对润湿性具有决定性作用，即使含氧基团的含量增加，改性表面仍呈疏水性。激光表面改性不仅仅能够实现有机高分子材料在疏水性、亲水性之间的简单转变，而且通过调整激光改性的参数，能够精确地调控材料表面的润湿性。例如，通过调节皮秒紫外（波长355nm）激光的扫描间距（5-140μm），能够实现精确连续地调控PTFE表面对水的粘附性,通过控制激光能量密度和光斑搭接率，也能够在PI表面制备超亲水和超疏水表面，并且此时表面化学成分和微观形貌对表面润湿性都有显著的影响。这表明，激光表面改性可以实现对有机高分子材料表面润湿性的精确连续调控，这将有助于设计制造出具有特定润湿能力的表面，以满足不同应用场合的需求，而且该技术更加高效和具有针对性。这将在高分子材料的自清洁能力、油水分离、微流控芯片等领域拥有广阔的发展空间和应用前景。
结语
因此，激光表面改性有机高分子材料在理论研究和实际应用中都具有极大的价值。对激光改性基础理论的探索，促进了激光与物质相互作用理论的发展，丰富了激光与物质相互作用机理。
参考文献
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