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等離子體是1879年克魯克斯發(fā)現(xiàn)的不同于固液氣的物質(zhì)的第四態(tài)。其自由電子和離子所帶正負(fù)電荷完全抵消，總體帶電量仍為中性。根據(jù)電子溫度可將等離子體分為高溫和低溫等離子體。低溫等離子體中含有大量活性粒子，除電子和離子外，還有許多分子、原子和自由基等中性粒子，粒子間復(fù)雜的相互作用產(chǎn)生大量傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)無法產(chǎn)生的高活性物質(zhì)，這些物質(zhì)很容易和材料表面發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到意想不到的效果，因此等離子體材料表面改性中使用的通常是低溫等離子體。利用低溫等離子體處理時(shí)，材料表面會產(chǎn)生多種物理化學(xué)變化，例如沉積、刻蝕、交聯(lián)、引入官能團(tuán)等，從而改善了材料的親水性、粘結(jié)性、生物相容性等特性，使得材料的性能得到了很大提升。

低溫等離子體材料表面改性技術(shù)

低溫等離子體材料表面改性技術(shù)就是利用低溫等離子體對材料表面產(chǎn)生物理和化學(xué)作用。低溫等離子體中含有豐富的離子、電子、激發(fā)態(tài)分子等活性粒子，其能量一般高于材料表面結(jié)合鍵能，能夠打開材料表面原有的化學(xué)鍵，并和其他活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成新的化學(xué)鍵，產(chǎn)生新的極性基團(tuán)。但這些能量又不足以深入材料內(nèi)部，只能到材料表面幾至幾百納米深度內(nèi)，這些活性粒子在材料表面主要發(fā)生以下三種作用：

1、表面刻蝕

材料表面成分與等離子體發(fā)生反應(yīng)形成揮發(fā)性物質(zhì)，從表面去除，出現(xiàn)刻蝕現(xiàn)象，使得材料表面變得粗糙，產(chǎn)生裂紋，造成原有化學(xué)鍵斷裂，形成新自由基。由于刻蝕作用，材料表面變得坑洼不平，表面粗化，使得比表面積變大，提高了材料潤濕性能。

2、產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)

當(dāng)使用惰性氣體產(chǎn)生等離子體時(shí)，其中電子、光子、激發(fā)態(tài)粒子等高能粒子通過轟擊、碰撞等方式使得材料表面的化學(xué)鍵斷裂，形成自由基。由于使用的是惰性氣體，無法與這些自由基反應(yīng)，從而其和材料表面物質(zhì)結(jié)合，形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵诜磻?yīng)中會有原有的單鍵出現(xiàn)斷裂，形成新的雙鍵，使得材料表面的力學(xué)性質(zhì)等得到改善。

3、引入官能團(tuán)

當(dāng)使用容易與被處理材料反應(yīng)的氣體作為放電氣體時(shí)，這些氣體會與被等離子體處理的材料表面發(fā)生多種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，從而引入一些新的官能團(tuán)，如氨基、羧基、烴基、酚酞基等。它們的親水能力非常強(qiáng)，當(dāng)材料表面產(chǎn)生的這些基團(tuán)越多時(shí)，材料的親水性就會越強(qiáng)，吸濕能力就越強(qiáng)，表面活性也會顯著增加。

低溫等離子體表面改性技術(shù)可以在不影響材料基底成分和主要性能的情況下對其進(jìn)行表面處理，具有能耗低、污染小、效率高、適應(yīng)性好等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在金屬工業(yè)、半導(dǎo)體材料、高分子聚合物、生物醫(yī)藥、航空航天等領(lǐng)域。