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低溫等離子處理引入官能團

自20世紀70年代以來，等離子體處理已成為一種廣受關(guān)注的有效的表面蝕刻或引入官能團的方法，其優(yōu)勢是可以在不改變整體特性的情況下調(diào)節(jié)材料的表面特性，可以靈活選擇目標官能團，大大減少了處理時間，操作簡便、環(huán)保。

低溫等離子體在改性中的作用主要分為以下三個方面：對材料表面的刻蝕作用，交聯(lián)的產(chǎn)生，官能團的引入。

官能團的引入

放電氣體為活潑氣體，材料表面先被活化，活性粒子與表面發(fā)生復雜的化學反應引入特定的官能團，如羥基-OH，氨基-NH2，羧基-COOH，酞胺基-CONH等。

等離子體處理引入官能團

低溫等離子體表面處理

低溫等離子體處理材料表面時產(chǎn)生高能粒子和光輻射轟擊材料表面，對材料表面產(chǎn)生刻蝕作用的同時使化學鍵發(fā)生斷裂生成自由基，這些自由基之間會發(fā)生相互交聯(lián)作用并重新鍵合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善材料表面性能。低溫等離子體表面處理主要使用的是非聚合性的無機氣體，包括反應氣體和非反應氣體。非反應氣體主要包括He、Ar等惰性氣體。反應氣體主要包括O₂、N₂、CO₂、CO、H₂0、NH₃、SO₂等無機氣體或易揮發(fā)的無機化合物。

低氣壓等離子體處理設備改性材料示意圖

非反應氣體等離子表面處理
非反應氣體處理材料時氣體本身不會進入材料表面參與反應，而是被電離成等離子體后以粒子的形式轟擊材料表面，對材料表面進行刻蝕以提高其表面能，被活化的材料表面產(chǎn)生了許多自由基，自由基之間交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)改變了材料性能。

反應氣體等離子表面處理
低溫等離子體表面處理法中反應氣體對材料的改性效果顯著，宏觀上可以提高材料的表面潤濕性、粗糙度、黏結(jié)強度等，微觀上可以提高細胞的蛋白吸附、細胞附著、細胞增殖和分化等。運用低溫等離子體反應氣體處理材料表面時不僅對材料表面有刻蝕作用，電離的氣體還會與材料表面分子鍵結(jié)合引入-COOH、-SO₃、-NH₂、-OH等活性基團，從而改善材料性能。

例如氧等離子體處理可以在材料表面引入含氧官能團
氧等離子體處理能增加材料表面含氧官能團的數(shù)量，O-H、C=O和C-O等含氧極性官能團的增加，這有利于提高材料表面的親水性能，進而使材料的潤濕性提高，從而對后續(xù)無論是粘接還是印刷鍍膜等工藝都有很大提升。

材料經(jīng)過氧等離子體處理后變化示意圖

低溫等離子體處理利用氧、氮、四氟化碳等氣體在材料表面引入含氧、氮、氟官能團的方式，一方面可以改變材料的表面化學性質(zhì)，另一方面又能重塑材料的表面物理結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出了該技術(shù)獨有的優(yōu)勢。