Модификация поверхности — это модификация поверхности материала путем придания физических, химических или биологических характеристик, отличных от тех, которые изначально были обнаружены на поверхности материала.
Эта модификация обычно применяется к твердым материалам, но можно найти примеры модификации поверхности конкретных жидкостей.
Модификация может осуществляться различными методами с целью изменения широкого спектра характеристик поверхности, таких как: шероховатость, гидрофильность, поверхностный заряд, поверхностная энергия, биосовместимость и реакционная способность.
Поверхностная инженерия
Поверхностная инженерия — это раздел материаловедения, который занимается поверхностью твердого вещества. Она имеет приложения к химии, машиностроению и электротехнике (особенно в отношении производства полупроводников).
Твёрдые тела состоят из объёмного материала, покрытого поверхностью. Поверхность, которая ограничивает объёмный материал, называется Поверхностной фазой. Она действует как интерфейс с окружающей средой. Объемный материал в твёрдом теле называется Объемной фазой.
Поверхностная фаза твердого тела взаимодействует с окружающей средой. Это взаимодействие может со временем привести к деградации поверхностной фазы. Экологическая деградация поверхностной фазы со временем может быть вызвана износом, коррозией, усталостью и ползучестью.
Поверхностная инженерия подразумевает изменение свойств поверхностной фазы с целью снижения деградации с течением времени. Это достигается путем придания поверхности устойчивости к среде, в которой она будет использоваться.
Применение и будущее поверхностной инженерии
Методы поверхностной инженерии используются в автомобильной, аэрокосмической, ракетной, энергетической, электронной, биомедицинской, текстильной, нефтяной, нефтехимической, химической, сталелитейной, энергетической, цементной, станкостроительной, строительной отраслях. Методы поверхностной инженерии могут использоваться для разработки широкого спектра функциональных свойств, включая физические, химические, электрические, электронные, магнитные, механические, износостойкие и коррозионно-стойкие свойства на требуемых поверхностях подложки. Почти все типы материалов, включая металлы, керамику, полимеры и композиты, могут быть нанесены на аналогичные или разнородные материалы. Также возможно формирование покрытий из более новых материалов (например, метстекло, бета-C3N4), градуированных отложений, многокомпонентных отложений и т. д.
В 1995 году рынок поверхностной инженерии в Великобритании составлял 10 млрд фунтов стерлингов. Покрытия, делающие поверхность устойчивой к износу и коррозии, составляли примерно половину рынка.
Функционализация антимикробных поверхностей — уникальная технология, которая может использоваться для стерилизации в здравоохранении, самоочищающихся поверхностей и защиты от биопленок.
В последние годы в области поверхностной инженерии произошел сдвиг парадигмы от традиционного гальванопокрытия к таким процессам, как осаждение из паровой фазы, диффузия, термическое напыление и сварка с использованием современных источников тепла, таких как плазма, лазер, ионы, электроны, микроволны, солнечные лучи, синхротронное излучение, импульсная дуга, импульсное горение, искра, трение и индукция.
По оценкам, потери из-за износа и коррозии в США составляют около 500 млрд долларов. В США насчитывается около 9524 предприятий (включая автомобильную, авиационную, энергетическую и строительную отрасли), которые зависят от инженерных поверхностей при поддержке 23 466 отраслей.
Функционализация поверхности
Функционализация поверхности вводит химические функциональные группы на поверхность. Таким образом, материалы с функциональными группами на их поверхности могут быть разработаны из субстратов со стандартными свойствами объемного материала. Яркие примеры можно найти в полупроводниковой промышленности и исследовании биоматериалов.
Функционализация полимерной поверхности
Технологии плазменной обработки успешно применяются для функционализации поверхности полимеров.