低温等离子体材料表面处理原理与优点

等离子体是地球上第四态物质，并列于气态、液态和固态。等离子体为部分或全部电离气体，由带电离子和自由电子组成的物质形态，其中包括中性和激发态原子、分子、电子、中性基团、辐射光子、正负离子、自由基以及活泼性反应物质。

等离子体表面处理技术是利用等离子高能粒子与材料表面发生物理和化学反应，改变材料表面特性。由于其具有增强界面粘接作用、清洁材料表面、改变体积及形状等优点，引起了科研工作者的广泛讨论与研究。

低温等离子体材料表面处理优点：

等离子体表面处理得到了越来越多关注和研究，主要有以下优点：

a. 环境方面：等离子体改性为干式改性工艺，与湿法工艺相比，改性过程中无废料、废液产生，在节省能源同时又避免对环境造成不可逆危害。

b. 材料方面：等离子体只对材料表面而非整个材料进行改性，深度仅有几百纳米，不会改变和损害材料内部结构，材料基本性能不受影响。

c. 效果方面：低温等离子改性能量高，可实现超常条件下以及催化条件下都无法进行的反应，时间短，效率高，处理效果均匀性好。

d. 成本及操作方面：等离子体表面处理仪操作简单，成本较低，管理维修方便，有利于进行工业化推广。

低温等离子体材料表面处理原理:

等离子体处理需要在气体氛围中进行，常见有空气、氮气、氧气、氩气、氦气氢气等。通过选择合适的气体或气体组合(主要是O2、H2、N2、NH3、空气和惰性气体)，并对等离子体参数(例如功率、能量、时间和气体流速等)进行优化，可以实现材料表面的功能化，如改善材料的润湿性、化学反应性、粘附性能等。

对材料进行表面改性处理是将样品材料置于气体(Ar、H2、N2、CO、NH3、O3)等离子体中，经过等离子体气体放电轰击样品表面，样品表面会引入新的官能团或改变分子链的结构，以改善材料表面的亲水性、粘结性以及生物相容性能

多年来，低温等离子体已被用作一种无害且未来的加工方法，通过改变表面特性来改善材料的各项性能。目前，等离子处理通用来对材料进行表面改性以达到表面清洁，便于印刷、涂布和粘结的作用。低温等离子体处理材料的机理表明等离子体中离子的能量等于或超过材料表面的许多共价键能，破坏材料表面活性基团，如共价键。此外，在放电过程中，高能等离子体粒子轰击表面的过程中会导致材料表面形态在微米到纳米范围内发生巨大变化。