在材料科学与微纳制造领域，聚二甲基硅氧烷（PDMS）凭借其优良特性，如良好的生物相容性、较低的杨氏模量、出色的化学稳定性以及简单的成型加工工艺等，被广泛应用于微流控芯片、生物医学设备、柔性电子器件等多个关键领域。
PDMS结构式
然而，PDMS的低表面能与疏水性，使其在与其他材料进行键合时面临挑战，键合强度与稳定性往往难以满足实际应用需求。等离子清洗技术的出现，为解决PDMS键合难题提供了高效且可靠的方案。
一、PDMS等离子键合工作原理
在通过从母模进行仿制模制来对PDMS基板进行图案化之后，PDMS在空气或氧气（O2）等离子体中被氧化。空气或O2等离子体通过与高反应性氧自由基发生化学反应，并通过高能氧离子进行烧蚀来去除有机碳氢化合物。这在表面上留下了硅烷醇（Si-OH）基，使表面更具亲水性并提高了表面润湿性。等离子体活化后，PDMS立即与另一个氧化的PDMS或玻璃表面接触，以在界面处形成桥接的Si-O-Si键，从而形成不可逆的密封。
等离子清洗机键合PDMS原理
二、PDMS等离子键合的关键工艺参数
在PDMS键合过程中，等离子清洗机的工艺参数对键合效果至关重要。主要包括：
• 射频功率：功率越大，表面改性效果越好，但需控制在合理范围内。
• 处理时间：时间过短，表面改性不充分；时间过长，可能导致表面过度粗糙。
• 气体选择：通常使用氧气作为反应气体，空气也可以达到类似效果。
等离子键合机
三、等离子处理优势
• 无需粘接剂，避免污染与干扰；
• 形成共价键，粘接强度高、稳定性好；
• 操作简便，参数可控，可调节粘接效果；
• 低温处理，不损伤材料性能；
• 适合微结构器件，不堵塞微通道、不破坏微结构。
四、PDMS在玻璃和聚合物上的键合
当玻璃基底经过正确准备时，PDMS可以永久粘附在玻璃上。这种准备通常包括等离子体清洗器或其他形式的等离子体处理，这些处理在PDMS粘附到基底之前清洁和激活表面。玻璃的清洁度至关重要，因为PDMS必须与玻璃直接接触。一些研究表明，额外使用氧等离子体可以促进玻璃和PDMS之间化学键的形成。
PDMS在玻璃和聚合物上的键合
同时，许多应用需要PDMS与某些聚合物之间的键合。比如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。同样，等离子体表面处理可以实现这一点——无论是PDMS与PMMA的键合，还是使用PDMS作为中间层以实现PMMA与玻璃之间的粘附。经过等离子体处理的聚合物也可以与经过等离子体处理的PDMS表现出极大的粘附性。如果这种过程还伴随着热处理，甚至可以完全放弃使用粘合剂。
随着材料科学与微纳制造技术的不断发展，等离子清洗技术在PDMS键合领域的应用前景将愈发广阔，有望为微流控芯片、生物医学设备、柔性电子器件等众多领域带来更多创新与突破，推动相关产业的持续进步。
