等离子清洗提高表面能原理

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：2023-11-09

现实中的固体表面并不是理想光滑且完全同构的，表面上往往由不同的化学成分组成或具有粗糙的物理结构。这样，当液体与固体表面接触时，液体附着（或不附着）在固体表面，也可能渗透（或不渗透）到固体表面的现象，这个现象被称为润湿（或不润湿）。在微观上，这些现象表现为由于固体分子对液体分子的引力大于（或小于）液体分子之间的引力，这导致固液的界面层的液体分子密度将会大于（或小于）液体内部的分子的密度，因此界面内的液体分子相互作用表现为斥力（或引力），液面呈现扩展（或收缩）的趋势，出现润湿（或不润湿）现象。

润湿现象的两个重要影响因素是表面张力和表面能。其中表面张力指液体表面上受到的收缩力，它的方向与液面相切与直线垂直，大小与液体粘性、温度和压力相关。它是液体表面层分子间引力的体现。而表面能是指在温度、压力和组成不变情况下，每增加一个单位面积时，Gibbs自由能的增加值。在固体表面上，液体的表面张力和固体的表面能都会影响液滴的形态变化。一般情况下，表面化学能高，材料本身趋于亲水。表面化学能较低，材料趋于疏水。表面能越高的固体（接触角越少）越容易被液体润湿。

等离子清洗提高表面能原理

等离子体的产生最主要靠电子去撞击中性气体原子，使中性气体原子解离产生等离子体，等离子清洗是利用等离子体来达到常规清洗方法无法达到的效果。通过物理（化学）作用对工件表面进行处理，实现分子水平的污染物去除，从而提高工件表面活性。被清除的污染物可能有有机物、环氧树脂、光刻胶、氧化物、微颗粒污染物等，所以等离子清洗是一种高精密清洗。等离子清洗是等离子表面改性的其中较为常见的一种方式。

等离子清洗会增加材料表面的粗糙度和极性基团

等离子体中的大量离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子作用到表面，清除了表面原有污染物和杂质，产生刻蚀作用，将表面变粗糙，出现微细坑洼，增大比表面，提高固体表面的润湿性能。等离子体粒子能量0~20eV，聚合物大部分键能0~10eV，等离子体作用到表面，可将固体表面原化学键产生断裂，等离子体中自由基与键形成网状交联结构，激活了表面活性。如果放电气体中引入反应性气体，活化材料表面会发生复杂化学反应，引入新官能团，如烃基、羧基等，官能团都是活性基团，能明显提高材料表面活性。

从能量传递的角度来理解材料表面改性过程，可以认为是等离子体中活性粒子对材料表面产生的刻蚀、交联、引入官能团等作用提高了材料的表面能，表面能一般通过测量特定液体在材料表面形成的接触角来表征。

下图是经过等离子清洗的材料接触角前后对比