冷等离子体表面改性的原理

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-06-06

等离子体是物质存在的一种基本形态，由电子、离子、原子、分子或自由基等组成，一般可分为高温和冷等离子体。高温等离子体是指分子、离子和电子处于温度高达几千K平衡状态，称为平衡态等离子体；冷等离子体是在低压(<1kPa)和高频高压电场作用下，稀薄气体受电磁辐射作用，少量气体分子被电离产生高温电子，然后电子与接近环境温度的气体分子发生碰撞，促使气体分子进一步电离，形成新的自由离子，当这些自由离子的能量足够大时，可使与其碰撞的其他分子电离产生新的自由离子、电子、自由基等离子，其中离子又被继续加速，再碰撞其它分子使之电离，此过程循环往复而得到冷等离子体。冷等离子体所包含的活性成份是离子化、碎裂和激发过程得到的，这些产生于被电场加速的电子的碰撞作用，也包括了离子、亚稳态、中性分子以及处于基态和激发态的游离基在内的碰撞作用。冷等离子体对聚合物表面的作用包括表面刻蚀、表面交联、引入极性基团。

1）表面刻蚀。
刻蚀使材料表面产生起伏、粗糙，并伴有键的断裂。等离子处理导致表面刻蚀的原因有两个：一是等离子体引起高分子材料表面的链裂解作用，分解的小分子产物被蒸发出去，引起高分子材料失重，使处理后的高分子材料表面变得粗糙或形成凹坑；二是高分子材料表面结构中固有疏松部分和无序部分在等离子体的碰撞中被蒸发除去，并在材料表面留下缺陷。

2）表面交联。
等离子体中高能粒子通过轰击作用，使聚合物表面的C—H，C—C等键断裂，形成自由基，自由基重新组合，在材料表面形成网络交联结构，使材料的表面性能得到改善。

3）引入极性基团。
在聚合物的表面引入各种极性基团，Ar等离子体可与氧反应形成—COOH，—C＝O，或—OH键等。空气和氧的等离子体则可引起大范围的表面氧化。

冷等离子体处理方法的优点是效果显著、工艺简单、无污染，可以通过不同的处理条件获得不同的表面性能，应用范围广泛，更重要的是处理效果只局限于表面而不影响材料本体性能，其缺点是处理效果具有明显的时效性。