离子束辐照调控LDPE/EPDM共混物表面特性的机理研究及应用前景

为解决聚合物材料表面性能优化难题，研究人员通过130 keV He+和320 keV Ar+离子束辐照LDPE/EPDM共混物（注：低密度聚乙烯/三元乙丙橡胶），系统研究了辐照通量（1×1013-2×1016 ions·cm?2）对材料光学特性（UV-Vis/PL）、表面元素（EDX）及润湿性（表面自由能、铺展系数）的影响。结果表明：离子束辐照可显著降低光学带隙（红移现象）、提升表面润湿性与粘附功，为功能性聚合物表面改性提供了新策略。

　　

在工业生产和生物医学领域，聚合物材料的表面特性直接决定其粘附性、生物相容性和使用寿命。传统化学改性方法存在工艺复杂、环境污染等问题，而物理改性技术中，离子束辐照因其精准可控的特性备受关注。低密度聚乙烯（LDPE）与三元乙丙橡胶（EPDM）的共混物兼具柔韧性与化学稳定性，但其表面惰性限制了高端应用。《International Journal of Polymer Analysis and Characterization》发表的研究通过离子束辐照技术，揭示了LDPE/EPDM表面性能的调控机制。

研究团队采用130 keV He⁺和320 keV Ar⁺离子束（通量1×10¹³-2×10¹⁶ ions·cm^?2）辐照样品，结合紫外-可见光谱（UV-Vis）和光致发光（PL）分析光学性能变化，能量色散X射线（EDX）检测表面元素分布，并定量表征润湿性（接触角测量）与表面自由能。

光学性能变化
UV-Vis光谱显示，随辐照通量增加，吸收边红移（从紫外区向可见光区移动），光学带隙从3.2 eV降至2.5 eV（He⁺辐照）和2.3 eV（Ar⁺辐照），PL强度增强表明缺陷态增多。

表面化学组成
EDX证实辐照后氧含量提升15%（Ar⁺辐照），源于离子束诱导的表面氧化反应，碳氧键（C=O）形成增强了极性。

润湿性改善
水接触角从98°（未辐照）降至42°（最高通量Ar⁺辐照），表面自由能由28 mN/m增至56 mN/m，粘附功提升300%，归因于表面粗糙化和化学极性增强。

该研究证实离子束辐照可通过能带工程（调控光学带隙）和表面化学修饰（引入极性基团）协同改善聚合物性能。对于医疗器械涂层（需高粘附性）和光伏封装材料（需特定光学带隙）具有重要应用价值。未来可进一步研究辐照参数与生物相容性的关联机制。