低温等离子体表面处理

等离子体是除物质固态、液态和气态之外的第四态，是一种电离而来的气体物质，是含有正负离子、电子和自由活性基团等的集合体，在宏观上正电荷和负电荷电量基本一致，呈电中性，因此称为等离子体。在实验室中，产生等离子体的形式多采用气体放电。

低温等离子体表面处理是通过等离子体氛围中由电子、离子和中性粒子组成的中性集合体与被处理材料的表面进行碰撞，适当的控制等离子体的理化条件，将等离子体自身的能量传递给材料表面的分子或者原子，按照需求改变高分子材料的表面性能和改变材料的表面粗糙度。产生的等离子体因被不同的工作气体激发，具有对材料表面不同的处理效果。

聚合性气体和不具有聚合性气体是气体放电主要选用的两大类气体，气体放电法是目前实验室中用来产生等离子体最普遍的方法。

聚合性气体和不具有聚合性气体经过放电产生的活性粒子有着较大的区别，而这些活性粒子和高能电子与被处理的材料之间的相互作用机理也不相同，聚合性气体处理后的材料表面形成接枝聚合物。值得注意的是等离子体表面接枝只能发生在固体材料表面，在反应过程中，固体材料本身不参与等离子体接枝反应或者其极少一部分被等离子体活化与接枝单体结合。等离子体接枝反应多为非均相反应，除被改性的固体材料外，接枝所用的前驱体体多采用气相或者是液相。接枝聚合物是在等离子体接枝的基础上，聚合性气体及前驱体与固体材料表面的接枝单体发生聚合反应，形成具有特殊性能的接枝聚合物层，因此使被改性的材料获得新的显著的性能，而且这种改性不会对被改性材料本体性能造成影响。

非聚合性的气体，如N2、CO2、He、Ar和H2等气体，通过气体放电产生的等离子体，这些等离子体包含着大量活性粒子，能量的传递使材料表面发生断键，这些断键的表面形成活性自由基，使材料表面活性提高，材料表面与这些非聚合性气体和放电产生的衍生物进而形成具有特殊性质的基团。例如，在高能电子轰击下，对被处理材料表面进行刻蚀的过程中，等离子体中的高能活性粒子对材料表面的轰击作用能够显著改变材料表面的微观形貌，从而实现材料表面粗糙度的转变。然而，这种通过等离子体刻蚀处理的效果存在一定的时效性，即随改性后时间的增加，改性效果会逐渐变差。