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等離子體（Plasma）是由氣體分子受熱或外加電場及輻射等能量激發(fā)離解、電離形成的電子、離子、原子（激發(fā)態(tài)或基態(tài)）、分子（激發(fā)態(tài)或基態(tài)）及自由基等組成的導(dǎo)電性流體。

等離子體（Plasma）對材料表面的作用原理

在等離子體發(fā)生器中，除了等電量的正、負(fù)粒子外，還存在許多化學(xué)活性物質(zhì)及其因輻射而發(fā)出的不同波長的光子。等離子體的能量可通過光輻射、中性分子流和離子流作用于聚合物表面。等離子體內(nèi)高速運(yùn)動的帶電粒子和中性粒子通過對材料的碰撞將其能量直接轉(zhuǎn)移到材料表面，產(chǎn)生加熱、刻蝕、形成自由基、聚合、結(jié)晶與交聯(lián)等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用。這個過程可以使材料表層的大分子鏈斷裂，呈微觀不平的粗糙狀態(tài)，為進(jìn)一步改性創(chuàng)造條件；或在表面生成離子、自由基團(tuán)而改變材料表面的親水性、滲透性、導(dǎo)電性以及分子量等。另外，材料表面的結(jié)晶相和無定形相的比例也可能發(fā)生變化。

等離子體對材料表面作用的物理過程

等離子體與材料表面作用的物理過程主要包括以下幾個方面：

（1）解吸：在等離子體與材料表面作用時，可以通過離子、電子、中性粒子、光子將能量傳遞給被吸附在材料表面的原子或分子，使它們克服吸附力（范德華力或化學(xué)鍵合力）而解吸離開固體表面，即離子解吸、電子解吸、中性粒子解吸和光解吸。

（2）復(fù)合：由于負(fù)電極或由于電子快速轟擊器壁表面，使器壁建立層電位而帶負(fù)電性，帶正電荷的粒子被吸引向負(fù)電性表面運(yùn)動，這將助長了電子與正離子的復(fù)合過程。在三體碰撞中，正負(fù)電性粒子碰撞復(fù)合，復(fù)合中多余的一部分能量由第三者帶走，器壁往往起第三者的作用，并加速了復(fù)合過程。

（3）激發(fā)：入射電子與固體表面的電子碰撞，可使電子激發(fā)到更高的能級或產(chǎn)生電離。電子入射到固體表面可以產(chǎn)生俄歇電子。光子轟擊固體表面產(chǎn)生光電子發(fā)射。此外，電子還可以激發(fā)固體中電子產(chǎn)生集體振蕩。

（4）濺射：當(dāng)離子或中性粒子與固體表面作用時，入射粒子的動能通過碰撞將能量傳遞給表面原子，使表面原子獲得超過結(jié)合能的動能而濺射出來。有些濺射粒子返回固體表面還會產(chǎn)生自濺射過程。其效果是降低材料表面的分子量。

（5）注入：具有一定能量的電子、離子及中性粒子轟擊固體表面，打入固體內(nèi)部與固體內(nèi)原子結(jié)合，引起固體結(jié)構(gòu)的變化，增加材料表面的分子量。

（6）刻蝕：等離子體中粒子與表面原子或分子結(jié)合生成揮發(fā)性產(chǎn)物，這些產(chǎn)物從表面揮發(fā)掉而造成等離子體在材料表面的刻蝕。

等離子體對材料表面作用的化學(xué)過程

等離子體在固體表面的化學(xué)過程基本上是等離子體中的粒子誘發(fā)表面原子或分子生成新的化學(xué)鍵，或使原來的化學(xué)鍵斷裂。它包括著固體表面層的化學(xué)反應(yīng)、也包括固體表面與等離子體邊界層的化學(xué)反應(yīng)，其具體過程列舉于下。

（1）氧化：氧是強(qiáng)的氧化劑。當(dāng)?shù)入x子體中有氧存在時，會對材料表面起氧化作用，生成氧化物或過氧化物。

（2）還原：氧是還原劑。等離子體中的氧不僅可以使材料表層的氧化物還原，而且往往能滲透到材料較深層，使其氧化物還原，如把金屬氧化物中的金屬還原出來。

（3）觸媒：等離子體化學(xué)反應(yīng)過程中，由于某種材料（如鉑電極或器壁）的存在，起了對一些化學(xué)反應(yīng)過程的促進(jìn)作用。

（4）分解和裂解：在等離子體作用下，材料表面的分子會發(fā)生分解，大分子產(chǎn)生裂解，分子鏈斷裂，分子量降低，并產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)。

（5）聚合：當(dāng)?shù)入x子體中引入單體時，可在材料表面產(chǎn)生聚合反應(yīng)。這種反應(yīng)可以使等離子體條件下生成聚合物而沉積在材料表面，也可以使等離子體誘發(fā)在材料表面產(chǎn)生自由基，然后與單體結(jié)合，結(jié)合的方式有分子鏈發(fā)生交聯(lián)、從側(cè)鏈上接枝或官能團(tuán)置換，以及嵌段聚合等。