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等離子體是除固、液、氣外自然界物質(zhì)存在的“第四態(tài)”，是由原子、分子、電子、離子以及自由基等多種粒子組成的集合體，整個(gè)體系內(nèi)部正負(fù)電荷數(shù)量相等，因此整體呈電中性。自然界中的極光、閃電以及夜空中的滿天繁星等都是等離子體現(xiàn)象。等離子體本質(zhì)是一種被電離了的氣態(tài)物質(zhì)，其構(gòu)成體電子、離子等都具有一定的能量，當(dāng)它們與材料表面發(fā)生作用時(shí)會(huì)將自身的能量傳遞給材料表面的原子和分子，發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)及物理變化，從而改變了材料表面的潤(rùn)濕性、粘結(jié)性、表面能等。

等離子表面處理原理

等離子體對(duì)材料表面的作用原理有許多理論解釋，如表面分子鏈降解理論、氧化理論、氫鍵理論、交聯(lián)理論、臭氧化理論以及表面介電體理論等，但其對(duì)材料表面發(fā)生反應(yīng)機(jī)理可概括為3步：

(1) 空氣中的少數(shù)自由電子在高電壓電場(chǎng)中被加速而獲得較高動(dòng)能，在運(yùn)動(dòng)時(shí)必然會(huì)撞擊到空間中的其他分子。被撞擊的分子同時(shí)接收到部分能量，成為激發(fā)態(tài)分子而具有活性。

(2) 激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定，又分解成自由基消耗吸收的能量；也可能離解成離子或保留其能量而停留于亞穩(wěn)態(tài)。

(3) 自由基或離子在材料表面反應(yīng)時(shí)，可形成致密的交聯(lián)層；等離子體與存在的氣體或單體發(fā)生聚合反應(yīng)，沉積在材料表面形成具有可設(shè)計(jì)的涂層；等離子體與表面自由基或離子發(fā)生反應(yīng)形成改性層。

等離子表面處理作用

等離子體與材料表面作用過程很復(fù)雜，不同類型的等離子體反應(yīng)過程不相同，與參與反應(yīng)的粒子、等離子體狀態(tài)參數(shù)、表面的材料、材料表面的狀態(tài)有關(guān)，還有表面在反應(yīng)器中作為電極，器壁或樣品，都將影響著等離子體與表面相互作用過程。等離子體對(duì)材料表面的作用大致有4種：表面清洗；表面刻蝕；表面交聯(lián)和形成具有新化學(xué)結(jié)構(gòu)的表面。

作用過程有可能在表面引入特定官能團(tuán)，產(chǎn)生表面刻蝕，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)層或生成表面自由基，這些作用一般不是單一的，往往某種作用為主，幾種作用并存。

1）表面清洗

等離子清洗又稱為干法清洗，是在射頻電源的激發(fā)下，將氧氣、氬氣等工藝氣體激發(fā)成離子態(tài)，進(jìn)而與待清洗工件表面的雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)物理反應(yīng)，生成揮發(fā)性的產(chǎn)物，從而達(dá)到清洗目的。

2）表面刻蝕

等離子體表面處理會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生刻蝕作用，其原因大體有兩種，一是等離子體中的電子、離子等活性粒子撞擊材料表面引起的濺射侵蝕(主要是惰性氣體)，二是等離子體中的化學(xué)活性種對(duì)材料表面的化學(xué)侵蝕(反應(yīng)性氣體）。

3）交聯(lián)反應(yīng)

被處理材料表面的自由基部分也會(huì)互相發(fā)生反應(yīng)，在材料表面生成一種致密的交聯(lián)層，這樣就可以強(qiáng)化表面層，提高材料的耐磨性、黏著性及耐化學(xué)品性。

4）形成新化學(xué)結(jié)構(gòu)

如果放電氣體為可反應(yīng)性氣體，如N₂、0₂、C₂H₄等，在活化了的材料表面將會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。因此，新的化學(xué)結(jié)構(gòu)與放電氣體密切相關(guān)，選擇合適的放電氣體是材料表面改性的關(guān)鍵一步。

低溫等離子表面處理技術(shù)（Low temperature plasma technology，以下簡(jiǎn)稱等離子體）對(duì)高分子材料表面的處理通常是利用Ar、O₂、N₂、空氣等氣體經(jīng)低壓輝光放電產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的原子、分子、自由基和離子等作用于材料表面。等離子體對(duì)材料表面的作用主要有：清除表面弱邊界層、表面刻蝕、表面交聯(lián)、在材料表面引入特定官能團(tuán)。在改性過程中幾種作用都有可能同時(shí)發(fā)生并相互競(jìng)爭(zhēng)，使材料的力學(xué)性能和表面能發(fā)生改變或者獲得較親水的表面。