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等離子體(plasma)是一種特殊的物質(zhì)形式,它在自然界和日常生活中很常見。它由電子、離子、激發(fā)態(tài)和基態(tài)的原子或分子、光子和自由基等組成,總體上呈現(xiàn)出無電荷的狀態(tài)。它與一般的氣體有著不同的成分和特性,所以被認(rèn)為是除了“固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)”之外的另一種物質(zhì)狀態(tài),也就是第四種狀態(tài)。

等離子體的種類很多,可以根據(jù)粒子溫度的差異分為兩大類:熱平衡態(tài)和非平衡態(tài)。熱平衡態(tài)是指電子、離子、中性粒子的溫度相近,達(dá)到熱力學(xué)平衡的狀態(tài)。非平衡態(tài)是指電子溫度遠(yuǎn)高于離子和中性粒子的溫度,也叫低溫等離子體。低溫等離子體的反應(yīng)主要包括三個(gè)步驟:(1)在低壓下通入少量氣體,通過輝光放電產(chǎn)生等離子體;(2)激發(fā)態(tài)粒子不穩(wěn)定,會(huì)分解或碰撞,導(dǎo)致形態(tài)變化;(3)生成的自由基極不穩(wěn)定,會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成新的化合物。低溫等離子體表面處理工藝是一種干式工藝,具有節(jié)能、無污染、簡便、高效等優(yōu)點(diǎn)。它只作用在材料表面薄層,不影響材料內(nèi)部結(jié)構(gòu),在高分子材料表面處理中有廣泛應(yīng)用。

多孔碳材料等離子體處理

等離子處理作為一種對(duì)多孔碳材料進(jìn)行表面改性的技術(shù),受到越來越多的關(guān)注。在等離子處理過程中,多孔碳材料的表面會(huì)發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng),生成一些化學(xué)活性點(diǎn),從而改善碳材料的吸附性能。但是這些化學(xué)反應(yīng)僅僅發(fā)生在碳材料表層,而不會(huì)改變碳材料整體的性質(zhì)?？梢酝ㄟ^改變等離子氣體來使碳材料表面發(fā)生氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)或者不發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)等離子氣體的不同,碳材料表面會(huì)生成相應(yīng)的堿性或酸性官能團(tuán)。表面酸性官能團(tuán)的半定量分析顯示等離子處理的條件會(huì)影響表面官能團(tuán)的質(zhì)量和數(shù)量。等離子氧化對(duì)碳材料的親水性影響較小,它會(huì)減小碳材料的表面積,增大表面酸性官能團(tuán)的濃度,進(jìn)而改進(jìn)其吸附性能。尤其是放電過程中生成弱酸性官能團(tuán)對(duì)金屬離子的吸附會(huì)起到非常重要的作用。另外,氮?dú)獾牡入x子處理會(huì)明顯的改變碳材料表面的含氧官能團(tuán)的分布,而且還會(huì)使芳香環(huán)中引入更多的氮原子。

相較于傳統(tǒng)的改性方式,低溫等離子體處理技術(shù)是一種干式反應(yīng),不使用溶劑,避免了濕法工藝中產(chǎn)生的廢料、廢液對(duì)環(huán)境造成的二次污染,是一種高效、節(jié)能的綠色改性技術(shù)。