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等離子表面處理機工作原理

等離子又稱為電漿，是物質的第四態，它是由電子和離子等帶電粒子以及中性粒子(原子、分子和微粒等)組成的，宏觀上呈現準中性，并且具有集體效應的混合氣體。隨著工業的迅猛發展，人們對聚合物材料表面性能的要求越來越高，并采用了多種方法對聚合物材料進行表面改性。在眾多的改性方法中，低溫等離子表面處理法是近年來備受關注的研究熱點之一。其主要原因是該法改性效果顯著，只作用在材料淺表面，其本體性能保持不變。另外，該法屬于干式工藝，具有高效節能、無污染等優點。下面簡單介紹一下等離子表面處理機的工作原理和改性原理：

等離子表面處理工作原理：

等離子表面處理機一般由控制部分、真空腔室部分、等離子電源及耦合部分、氣體部分組成。射頻源通過匹配網絡作用于真空倉的電極上，氣體注入由流量計控制，真空泵用于抽真空和清洗時保持真空室的壓強。
等離子表面處理機通過外部施加的高頻電場對電子的加速作用引起氣體電離產生等離子體。放電形成的等離子體中包括電子、正離子、亞穩態的分子和原子等，當等離子體與被處理的物體表面相互接觸時會和材料表面發生化學和物理反應，包括表面刻蝕、產生交聯結構以及引入特定的官能團等，可改善材料表面的多種性能，如親水性、染色性、吸附性、生物相容性等。

等離子表面處理機工作原理圖

等離子表面處理機改性原理：


等離子體表面處理是指非聚合性無機氣體(如Ar、N2、O2、H2等)的等離子體對高分子材料表面的物理或化學的作用過程。參與表面反應的有激發態分子、自由基和離子，也包括等離子體輻射紫外光的作用。等離子體的能量可以通過光輻射、中性分子流和離子流作用于材料表面，這.些能量的消散過程就是材料表面獲得改性的過程。低溫等離子體能發出可見光、紫外光和紅外光，其中紫外光不僅能被材料強烈吸收，并能使表面產生自由基，所形成的活性位置就會繼續和等離子體中的氣體組分發生化學反應，引起一系列的表面改性。中性粒子通過自身的自由基離解能引起材料表面各種化學反應(脫氫、氧化、加成)。離子流與表面撞擊引起表面刻蝕和加熱，也會引起與中性流類似的反應。這三種作用共同組成低溫等離子體改性材料表面的原理。

等離子體與物體表面的作用
在等離子體中除了氣體分子、離子和電子外，還存在受到能量激勵狀態的電中性的原子或原子團（又稱自由基），以及等離子體發射出的光線。其中波的長短、能量的高低在等離子體與物質表面相互作用時有著重要作用。

原子團等自由基與物體表面的反應
由于這些自由基呈電重型，存在壽命較長，而且在等離子體中的數量多于離子，因此自由基在等離子體中發揮著重要作用。自由基的作用主要表現在化學反應過程中能量傳遞的“活化”作用，處于激發狀態的自由基具有較高的能量，因此易于與物體表面分子結合時會形成新的自由基，新形成的自由基同樣處于不穩定的高能量狀態，很可能發生分解反應，在變成較小分子同時生成新的自由基，這種反應過程還可能繼續進行下去，最后分解成水、二氧化碳之類的簡單分子。在另一些情況下，自由基與物體表面分子結合的同時，會釋放出大量的結合能，這種能量又成為引發新的表面反應推動力，從而引發物體表面上的物質發生化學反應而被去除。

電子與物體表面的作用
一方面電子對物體表面的撞擊作用，可促使吸附在物體表面的氣體分子發生分解或解吸，另一方面大量的電子撞擊有利引發化學反應。由于電子質量極小，因此比離子的移動速度要快得多。當進行等離子體處理時，電子要比離子更早到達物體表面，并使表面帶有負電荷，這有利于引發進一步反應。
離子與物體表面的作用通常指的是帶正電荷的陽離子的作用，陽離子有加速沖向帶負電荷表面的傾向，此時使物體表面獲得相當大的動能，足以撞擊去除表面上附著的顆粒性物質，我們把這種現象稱為濺射現象。而通過離子的沖擊作用可極大促進物體表面化學反應發生的幾率。

紫外線與物體表面的反應
紫外線具有很強的光能，可使附著在物體表面物質的分子健發生斷裂而分解，而且紫外線具有很強的穿透能力，可透過物體的表層深入達數微米而產生作用。

用低溫等離子體對材料表面進行處理是一項新興技術，使材料表面性能得到一定改善，并且具有如下優點：

（1）低溫等離子體對被處理材料無要求，既可以處理金屬材料，也可以處理非金屬材料
（2）低溫等離子體產生能量較低，只在材料表面發生改性，不會影響材料的內部結構與材料整體性能；
（3）低溫等離子體改性是干式工藝，幾乎不產生有害氣體或液體，是一種綠色環保處理方法；
（4）低溫等離子體作用于材料表面效率高，處理時間短。

低溫等離子表面處理材料，改變了材料表面的微觀結構與材料表面化學成分，包括材料的表面化學成分、潤濕性、表面微觀結構等，達到使材料表面改性的目的。經過低溫等離子體改性后的材料表面化學成分發生變化，在材料表面引入了新的化學元素與化學活性官能團；材料表面潤濕性發生變化，親水性或疏水性增加；材料表面微觀形貌發生變化，通常材料表面粗糙度增加。改性后材料表面微觀結構與微觀性能的改變并不是孤立的，而是相互影響、共同作用的結果。如改性后材料表面引入了親水基團，可使材料表面親水性增加，材料表面粗糙度增加，對水的輸送能力增加，也增加了材料的親水性，故表面化學成分、表面微觀結構都會對潤濕性產生影響。
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