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氧等離子體處理技術(shù)是一種有效的界面改性手段，是一種省時又環(huán)保的方法用于對各種基材和幾何形狀的表面改性。氧等離子體處理（oxygen plasmatreatment）是指在氧氣（O₂）氣體環(huán)境下，對氧氣進行電離，轟擊，從而形成各種含氧氣體對材料表面進行物理和化學(xué)改性的方法，它可以在很短的時間內(nèi)提高材料表面的物理和化學(xué)特性，例如親水性和生物相容性等。

氧等離子體處理原理

等離子體在放電的過程中，會產(chǎn)生高能電子。這是由于氣體中出現(xiàn)了自由電子，自由電子可以從外加電場中獲取能量，從而與某個氣體分子發(fā)生非彈性的碰撞，進而將能量傳向該分子，使得該氣體分子的外表層電子脫離核的束縛，進而產(chǎn)生更多帶正電的離子和自由電子。氧分子通過高速運動電子的沖擊下以及在光電效應(yīng)的作用下，會發(fā)生碰撞、離解、電離以及復(fù)合效應(yīng)，從而形成氧等離子體。在氧等離子體中存在著多種微粒，主要有正離子、負離子、O⁺、O₂⁺、O^-、O₂^-、O₃^-、基態(tài)微粒、激發(fā)態(tài)微粒等，這些活性基團極其不穩(wěn)定，很容易重新組合成新物質(zhì)。

氧等離子處理過程中，這些氣體的原子不直接進入高分子材料的分子鏈中，而是其等離子體中的高能粒子轟擊高分子材料表面。在對材料表面作用過程中，可使材料表面產(chǎn)生大量自由基或引入特定官能團，在高分子材料表面產(chǎn)生刻蝕作用或致密交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

氧等離子體按照對材料表面改性方式的不同，作用原理可以分為以下幾種：

氧等離子體刻蝕

氧等離子體對高分子材料表面產(chǎn)生刻蝕作用后，會引起材料表面產(chǎn)生凹坑或起伏，使材料表面變得粗糙并且伴有化學(xué)鍵的斷裂。產(chǎn)生刻蝕作用的情況有兩種。一種是惰性氣體等離子體中的高能粒子流在材料表面產(chǎn)生濺射；另一種是等離子體中的化學(xué)活性粒子與高分子材料產(chǎn)生相互作用，可引起高分子材料及表面化學(xué)鍵的斷裂，如圖1所示。

圖1 氧等離子體刻蝕示意圖

氧等離子體清洗

氧等離子體清洗是利用氧等離子體的強氧化化學(xué)作用“燒掉”有機污染層。其基本原理如圖2所示。

圖2 氧等離子體清洗示意圖

有機污染物的去除過程可以用下列化學(xué)式來表示:

1) 首先利用等離子的原理將氣體分子激活

O₂→O+O+2e^-

O+O₂→O₃

O₃→O+O₂

2) 然后利用O，O₃與有機物進行反應(yīng)，達到排除有機物的目的

有機物+O，O₃→CO₂+H₂O

經(jīng)過氧等離子體的清洗，有機污染層被徹底燒掉，材料表面的潤濕性大大增加。

氧等離子活化

氧等離子體中自由基沖擊材料表面時，可在材料表面生成大量的活潑自由基。這些鏈自由基與體系中的其他游離自由基結(jié)合時，可在材料表面植入羥基等含氧官能團，使其表面親水。氧等離子體處理后，高分子材料表面上所引入的新基團，其會變得更不穩(wěn)定，表面能會得到一定程度的增加，材料處于一種高能的不穩(wěn)定狀態(tài)。由于所有物質(zhì)都會自發(fā)降低能量來增加自身穩(wěn)定性，經(jīng)氧等離子體處理所引入的基團將會翻轉(zhuǎn)進入高分子材料內(nèi)部，而部分內(nèi)部原子將會轉(zhuǎn)移進入材料表面，直至高分子材料表面和內(nèi)部原子、基團達成動態(tài)平衡，親水性逐漸喪失。如下圖3所示：

圖3 氧等離子體活化示意圖

綜上所述：氧等離子體處理技術(shù)是利用等離子體機對氧氣施加足夠的能量使之離化成為等離子狀態(tài)，處理樣品表面，實現(xiàn)樣品清潔、改性等目的的一種方法。采用氧等離子體處理的方法簡單、綠色環(huán)保、容易操作。