固体表面Zeta电位分析仪SurPASS

在半导体晶圆清洁中，化学机械抛光(CMP)是一个通用的工艺流程。CMP所用抛光液中微粒与晶圆表面相互作用主要是静电力导致。因此，了解固体表面电荷性质对于优化CMP工艺非常重要。Zeta电位仪可以得出固体表面电荷的性质及大小。

近几年zeta电位的研究在理解和调整表面性能方面已经占据增进的重要地位。Zeta电位能灵敏指示表面电荷。表面电导率影响着zeta电位的数值测定。在日常应用如半导体领域里金属膜以及腐蚀现象及涂层整体质量控制等方面上，表面电导的分析有着重大意义。

工业上很多极端条件下的应用需要高技术的材 料。不锈钢就是一种在恶劣环境和条件下使用的 材料，它的应用包括海上船只的构建和石油行业 中原油的生产和运输。为了提高不锈钢组分耐受 海水和腐蚀性介质的时间，不锈钢的表面经常需 要不同种类的保护涂层。 Zeta电位就是一种理解腐蚀现象和涂层作用的有 用参数。它同时描述了表面的化学性质和导电 率。

在空气中保存并且接触水溶液后，PH值滴定实验 测得氮化硅片的等电点（IEP）为PH4。与氧化硅 片相比，IEP移向了更高的PH值。然而，如果用 5%的HF酸处理几秒钟，IEP变为5.3，这说明HF 有效出去了氮化硅表面的自生氧化层。如果在HF 处理之前先用Piranha 溶液处理一下，氧化物层 将会被处理的更彻底。

低密度聚乙烯薄膜在SO2气体氛围下进行紫外线 照射。Zeta电位可以监控在LDPE表面引入-SO3H 基团的光磺化过程。通过更长的照射时间，随着 LDPE表面-SO3H基团数目的增多，其表面变得更 加亲水同时表面化学组成也很清晰。

玻璃纤维比较脆，在进一步使用之前必须先进行 上浆处理。上浆过程包括润滑剂和硅烷成膜。这 是为了提高玻璃纤维的延展性，光滑它的表面。 硅烷可以提高玻璃纤维和聚合物树脂之间的粘合 力。 Zeta电位可以揭示玻璃纤维表面上浆后表面化学 的变化

空纤维膜能被用作由外至内或由内至外的过滤。至于 由外至内的过滤，理解外表面的带电情况对阻止膜污 染挺重要。不同类型的表面处理，例如PVDF膜的亲 水化处理帮助调节污染对空纤维膜性能的影响。

便携水的生产需要有效低耗的饮用水处理技术。 基于硅藻土（DE）所制备的深层过滤装置被广泛 应用于细菌滤除。 细菌无法穿透微孔DE过滤器中的孔洞，然而只有 其大小十分之一的病毒很容易穿透过滤器危害人 体健康。这时只能通过过滤器孔洞表面对病毒的 静电吸引作用除去这种污染。

照射和特殊的氧化刻蚀在惰性的PVDF表面引入了 酸性功能基团。这些基团使等电点（IEP）从未修 饰聚合物表面时的PH4移到了修饰后的PH3.2。并 且修饰后的外表面等电点和孔内表面等电点相 同。从Zeta电位负值的大小我们可以获知内孔表 面亲水性更强，处理效果更明显。

聚合物薄膜表面是疏水的，表面性质影响着表面电荷构成机理。Zeta电位对检测经表面处理过的聚合物的活性和污染来说，这项非常灵敏的测试技术具有独特性。

关于表面活性剂在不同纤维界面吸附的知识对它们的 技术用途非常有必要。不同的过程，例如染色、洗 涤、漂洗、清洁、分散和乳化依赖于表面活性剂在相 应表面的吸附。在吸附过程中纤维界面带电情况的研 究帮助最佳化不同的工作过程。 未处理的羊毛高负值Zeta电势是羊毛纤维蛋白质结构 的典型值。测试方法的重现性和未处理羊毛表面的稳 定性为吸附研究提供了基础。

Zeta点位是固液界面表面带电情况的重要参 数。通过流动电势测量得到的Zeta电位可以进一 步反映不同方式处理后的织物表面化学的变化。 受污染棉织品的清洗效率通过流 动电势进行了监控。血染后棉织品与干净的棉织 品相比Zeta电位发生了很大变化，即使在60°C 下 清洗一段时间，棉织品上血的污染仍然存在。

纳米尺寸的带功能化末端基的有机硅烷或硫醇涂层是一种在不改变材料厚度的情况下调整材料表面性能的灵活处理方法。通过混合烷基硫醇和不同功能化的末端基团，来调整表面电荷，从而进一步提高膜层的选择性。Zeta电位仪可以测量膜的表面电荷性能。

软的隐形眼镜需要符合氧气渗透性，可浸润性和舒适 度各方面的要求。生物相容性材料例如磷酸胆碱或聚 乙烯醇应该进一步消除表面上生物膜的形成或细菌的 吸附，目的是为了降低眼睛感染的风险。

人体对由不锈钢或钛制成的植入材料的接受程度依赖于材 料最表层的生物相容性。不同表面的性质决定它的生物相 容性。表面电荷带来的静电作用力对蛋白的吸引作用是骨 融合的前提条件，例如牙移植。另一方面，预期的静电排 斥作用阻止了能引发感染的蛋白基团的吸附。 因此表面知识对开发和认证用于移植的生物材料最为重 要。

把聚左旋谷氨酸涂在玻璃基底上（ 右 图），表观和实际Zeta电位值在PH2到PH6之 间一致。在更高的PH值，表观Zeta电位的数值 低于实际值。这表明PGA涂层溶胀，离子穿透 PGS涂层形成表面电导率。

通过末端移植聚合物链对生物材料的表面进行改性，这在基础原理和应用领域研究方面受到越来越多的关注。这类材料主要应用在生物传感器和免疫蛋白表面上。高功能化聚合物链的表面电荷与相关结构改变都与pH有密切关系。Zeta电势包含固液界面导电性相关的信息。导电性的高低可以通过表观zeta电位（通过流动电势测得）和实际zeta电位（通过流动电流测得）之间的差别得到。

就有一定病史或急性肾功能衰竭患者来说，体外血液透析是维系生命的唯一方式。这个过程广泛使用的是人造的、排放成捆的中空纤维聚砜超滤膜（PSU）。为了提高透析膜的生物适应性以及避免该膜与血液接触时发生并发症，需要对 透析膜的内层表面进行改良处理。Zeta电位在PSU的改良处理起到一定的协助作用。

聚酰亚胺薄膜因优异性能被广泛应用在汽车行业、航空航天工业和半导体工业等多个领域。聚酰亚胺薄膜也可以应用在蛋白质和DNA分子排列生物传感器领域。因具有一定的化学惰性，因此需要特别的表面处理以提高它们表面的生物适应性。Zeta电位对检测处理前后聚酰亚胺薄膜表面性能非常敏感。

流动电势测试可以给出漂白剂作用在人头发后的影响效果以及与之相对应的漂白程度。未处理过的头发具有高负值的流动电势，这说明自然情况下的头发有一定的疏水性能。经过漂白后头发的表面以及头发的结构均发生了变化。知道漂白后头发的流动电势(zeta电位)是研究头发处理随后用什么护发产品的基础。

在PAN表面沉积一单层聚亚乙基亚胺 PEI可以显著提高乙醇和水混合物的分离效果。 PEI修饰后的PAN膜的Zeta电位值以及修饰后等电 点移到PH8.4可以证实膜表面确实有阳离子聚电 解质的存在。

纳米过滤膜因为它们优异的分离性能最近受到很多的关注。它们的活性表面上有大约0.5-2nm的孔。纳滤膜在工业上有很多应用，不管是除去有机组分还是无机组分方面。流动电流的测试可以揭示膜表面在过滤过程中被污染后的变化。复合聚合物薄膜通常显示一个高的负Zeta电位值。过滤后Zeta电位数值的降低意味着膜表面污染层的形成。