低温等离子体处理作用方式与原理

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：2023-04-03

电子在一定条件下脱离原子核的束缚成为自由电子的过程称为“电离”。电离后的气体正负电荷量相同，呈电中性，因此称其为等离子体，也称之为“离子浆”或“电浆”。它是一种包含了离子、电子、自由基团及其他中性粒子（原子、分子）的激发态活性粒子组合，常被称为物质的“第四态”。

等离子体不同于普通气体，普通气体由原子或分子组成，分子间只存在短程力，粒子的运动可以用分子动理论很好的解释，而等离子体粒子之间存在一种电荷间的库仑力，其作用远超普通气体之间的分子力。在外加磁场的约束下，它可实现回旋运动从而有着独特的集体特性，同时拥有良好的导电性。在自然界中，99%的物质状态都是以等离子体的形式存在的，生活中常见的固体、液体、气体却不足1%。比如宇宙里最普遍存在的天体—恒星，本身就是巨大的等离子体星体，所熟知的太阳同样处于等离子态，这是因为其内部的温度和压力都非常高，会源源不断的发生核聚变反应。在我们生活中常见的闪电、地球南北两极的极光、火焰的燃烧等都属于等离子体的范畴，如图1.1所示。

图1.1 自然界中的等离子体

低温等离子体处理作用方式与原理

等离子体包含大量高活性的离子、电子、自由基及其他激发态的中性粒子，所以对高分子材料表面处理是一个极为复杂的过程，这些高能粒子可产生多种类型的物理及化学反应。对材料的作用主要分为以下几种：

（1）等离子体刻蚀
等离子体对高分子材料表面的刻蚀作用主要来源于高能活性粒子（离子、自由基、激发态中性粒子）对材料表面的轰击。可以实现材料表面的清污、材料表面弱边界的去除、材料本身表面分子链的断裂，随着等离子体的进一步处理，材料表面的粗糙度增大，在原子力显微镜下呈现坑洼状，比表面积增大，吸附性、粘结性、润湿性都会显著提高。

（2）等离子体聚合
聚合作用包含等离子体本身的聚合（等离子体化学气相沉积）和材料表面分子链的再聚合（表面交联）。前者是采用聚合性气体作为等离子体气氛处理高分子材料，表面会沉积一层超薄的聚合膜，这种薄膜可以起到防护、绝缘、气液隔离的作用，应用于多种先进领域。后者主要发生在工作气氛为氦气、氩气等惰性气体时，等离子体中的粒子能量在几到几十电子伏特之间大都高于高分子材料的化学键能，所以足够引起表面化学键和材料主链断裂。在无其他反应性成分的情况下，断裂产生的自由基重新形成共价键，材料表面发生再交联，从而改变材料的力学性能和表面特性。

（3）等离子体官能团引入与接枝
当等离子体气氛为反应性气体（O2、CO2、NH3等）时，经过等离子体处理后，材料表面分子链发生断裂并且活化后接入—OH、—COOH、—C=O、—NH2等官能团，但这类基团一般稳定性较差，时效性明显，容易发生翻转或重排。目前为避免这种情况，会选择具有特定性能的单体接枝于被等离子体活化后的材料表面，使其拥有特定的功能，称为等离子体接枝。

以上就是等离子体处理机厂家纳恩科技整理编辑的关于低温等离子体处理作用方式与原理的简单介绍，以上的作用方式在等离子体处理过程中非常常见，但是不同情况下有主辅之分。处理的材料类型、等离子体气氛种类不同，作用方式就不同，比如等离子体在对金属材料处理时以表面清洗为主，而对非金属材料则以刻蚀、接枝改性为主。同种材料在同一等离子体气氛下的作用也不尽相同，与等离子体的处理功率、处理时间、真空度、进口流量等参数息息相关，直接受等离子体的粒子活性、密度与电离程度的影响。