冷等離子體表面改性的原理

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-06-06

等離子體是物質存在的一種基本形態，由電子、離子、原子、分子或自由基等組成，一般可分為高溫和冷等離子體。高溫等離子體是指分子、離子和電子處于溫度高達幾千K平衡狀態，稱為平衡態等離子體；冷等離子體是在低壓(<1kPa)和高頻高壓電場作用下，稀薄氣體受電磁輻射作用，少量氣體分子被電離產生高溫電子，然后電子與接近環境溫度的氣體分子發生碰撞，促使氣體分子進一步電離，形成新的自由離子，當這些自由離子的能量足夠大時，可使與其碰撞的其他分子電離產生新的自由離子、電子、自由基等離子，其中離子又被繼續加速，再碰撞其它分子使之電離，此過程循環往復而得到冷等離子體。冷等離子體所包含的活性成份是離子化、碎裂和激發過程得到的，這些產生于被電場加速的電子的碰撞作用，也包括了離子、亞穩態、中性分子以及處于基態和激發態的游離基在內的碰撞作用。冷等離子體對聚合物表面的作用包括表面刻蝕、表面交聯、引入極性基團。

1）表面刻蝕。
刻蝕使材料表面產生起伏、粗糙，并伴有鍵的斷裂。等離子處理導致表面刻蝕的原因有兩個：一是等離子體引起高分子材料表面的鏈裂解作用，分解的小分子產物被蒸發出去，引起高分子材料失重，使處理后的高分子材料表面變得粗糙或形成凹坑；二是高分子材料表面結構中固有疏松部分和無序部分在等離子體的碰撞中被蒸發除去，并在材料表面留下缺陷。

2）表面交聯。
等離子體中高能粒子通過轟擊作用，使聚合物表面的C—H，C—C等鍵斷裂，形成自由基，自由基重新組合，在材料表面形成網絡交聯結構，使材料的表面性能得到改善。

3）引入極性基團。
在聚合物的表面引入各種極性基團，Ar等離子體可與氧反應形成—COOH，—C＝O，或—OH鍵等。空氣和氧的等離子體則可引起大范圍的表面氧化。

冷等離子體處理方法的優點是效果顯著、工藝簡單、無污染，可以通過不同的處理條件獲得不同的表面性能，應用范圍廣泛，更重要的是處理效果只局限于表面而不影響材料本體性能，其缺點是處理效果具有明顯的時效性。