材料表面经过等离子体表面处理后会发生哪些变化？

低温等离子体放电可以产生具有活性的物质，所以被广泛用于改变材料特性的各个领域。而在对有机高分子材料的表面改性工艺中，等离子体在不改变材料基底也行的前提下，通过改变材料的表面层微结构、表面层物理性质以及表面层化学特性，在高性能材料、符合材料和医用材料等研究领域提供了新的解决方案。

在等离子体放电中，当等离子体中电子能量与此键能相当，则在等离子处理过程中电子对材料表面轰击很可能使化学键产生断裂或是与其发生刻烛作用。材料表面和外来的单体在等离子体作用下发生反应，并且由于等离子相中电子、激发态原子分子、自由基、光子等粒子的存在，使得体系具有丰富的化学活性。

除了电子的轰击外，等离子体的能量可通过光福射、中性分子流和离子流作用于材料表面。在等离子体系中的中性粒子将通过连续不断地轰击固体表面将能量转移给高分子材料。这些中性粒子的能量具有四种形式：动能、振动能、离解能和激化能。动能和振动能只对高分子材料起加热作用，而自由基离解能则通常是通过引起材料表面的各种化学反应而得到消散的，也可与表面的自由基结合而使材料加热。激化分子和原子是以与固体表面碰撞而达到消散的。这些亚稳态分子和原子的能量通常大于材料的离解能，因而在碰撞过程中会产生聚合物自由基，促使纤维表层产生刻烛、交换、接枝和共聚等反应。此外，由于材料在处理过程中，等离子体中的分子、原子和离子渗入到材料表层，使材料表面的原子逸入等离子体中。这个过程可以达到常规方法难以达到的化学和物理改性效果，它使表面大分子链断裂，呈微观不平的粗糖状态，为进一步改性表面性质创造条件；或在表面生成离子、自由基而改变材料表面的亲水性、渗透性、导电性以及分子量等。另外，聚合物表面的结晶相和无定形相的比例也可能发生变化。

一般认为，在经过等离子体表面处理后，材料表面主要发生4种物理化学变化：

产生自由基：放点空间活性离子撞击材料表面使表面分子化学键被打开从而产生大分子自由基，使材料表面具有活性。

表面刻蚀：使材料表面变得粗糖，增加材料比表面积，是表面形貌发生变化。

表面交联：将材料表面的自由基之间重新结合，形成一层致密的网状交联层。

引入极性基团：表面的自由基与等离子体放电区间的氧、氮等活性粒子结合从而引入具有较强反应活性的极性基团。

这种物理化学变化的作用效果由材料基体性质、等离子体气相组成以及等离子体激励源性质共同决定。