Plasma處理會(huì)對(duì)材料表面產(chǎn)生哪些作用？
文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-03-15
等離子體（plasma）由諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主歐文·朗繆爾(IrringLangmuir)于1928年首次提出，用來(lái)描述氣體放電管里的物質(zhì)。如圖1.1所示，等離子體（plasma）是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三態(tài)以外的第四種物質(zhì)狀態(tài)，是在特定條件下使氣體部分電離而產(chǎn)生的非凝聚體系，由中性的原子或分子、激發(fā)態(tài)的原子或分子、自由基、電子或負(fù)離子、正離子及輻射光子組成，且整體上表現(xiàn)為近似電中性的電離氣體。當(dāng)物質(zhì)在氣態(tài)下，進(jìn)一步獲得能量，原子的外層電子將擺脫原子核的束縛變成自由電子，失去電子后原子變成了帶正電的離子，發(fā)生電離過(guò)程，而等離子體（plasma）就是這種高度電離的狀態(tài)。無(wú)論在組成還是在性質(zhì)上，等離子體（plasma）與普通氣體有著本質(zhì)的區(qū)別。首先，它是一種導(dǎo)電流體，而又可以在與氣體體積相比擬的宏觀尺度內(nèi)維持電中性。其次，作為一個(gè)帶電粒子系，其運(yùn)動(dòng)行為會(huì)受到磁場(chǎng)的影響和支配。再者，等離子體（plasma）中的電子、離子以及中性粒子之間會(huì)發(fā)生各種類型的相互作用，電離氣體中的帶電粒子間存在的庫(kù)侖力使得比理想氣體中粒子間的相互作用復(fù)雜得多。
圖1.1 等離子體（plasma）狀態(tài)示意圖-NAENPLASMA
Plasma處理作用原理
等離子體（plasma）處理主要是利用氬氣、氧氣、氮?dú)獾确蔷酆闲詿o(wú)機(jī)氣體的等離子體（plasma），當(dāng)它們作用于高分子材料表面時(shí)，就會(huì)在材料表面產(chǎn)生物理或化學(xué)反應(yīng)。參與反應(yīng)的粒子很多，不僅有自由基、激發(fā)態(tài)的分子以及離子，可以生成新的官能團(tuán)，也包括等離子體（plasma）輻射紫外光的作用，促使某些反應(yīng)的發(fā)生。可以通過(guò)光輻射、中性分子流和離子流作用，讓等離子體（plasma）的能量作用在材料表面。
Plasma處理對(duì)材料表面作用方式
等離子體（plasma）對(duì)高分子材料的作用過(guò)程，通常比較復(fù)雜，有可能是在表面引入了特定官能團(tuán)，使得材料具有其它性能，或者生成了表面自由基或者形成了交聯(lián)結(jié)構(gòu)層，或者產(chǎn)生了表面刻蝕，讓其它基團(tuán)暴露，通常這些作用都不是單一的，而是以某種作用為主，多種作用共同存在。
1）表面刻蝕（plasma etching）
等離子體（plasma）表面處理會(huì)對(duì)高分子材料產(chǎn)生刻蝕作用，大體上有兩個(gè)原因，一是等離子體（plasma）中的電子、離子等活性粒子撞擊材料表面時(shí)，會(huì)引起濺射侵蝕，二是等離子體（plasma）中的化學(xué)活性種的活性很強(qiáng)，通常會(huì)對(duì)材料表面產(chǎn)生化學(xué)侵蝕。這樣固體與等離子體（plasma）態(tài)的氣體發(fā)生反應(yīng)，生成了新的氣體，從而改變了固體表面物理性質(zhì)。反應(yīng)類型如下：A（s）+B(g)→C（g）。等離子體（plasma）中存在很多高能粒子，它們會(huì)使材料表面變得粗糙，材料的比表面積也增加了，材料的粘合性、潤(rùn)絲性等也得到了提高。
2）生成自由基
利用非聚合性氣體的等離子體（plasma）作用于高分子材料表面，大分子可以得到活性粒子的能量，或者是受到等離子體（plasma）輻射能的照射，大分子會(huì)在材料的表面產(chǎn)生自由基。
新產(chǎn)生的自由基通常還可以繼續(xù)反應(yīng)，各種官能團(tuán)的引入、形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的表面層，或者與其它高分子單體發(fā)生反應(yīng)形成表面的接枝層。
3）引入各種官能團(tuán)
通過(guò)高能電子的撞擊以及紫外光的激發(fā)，會(huì)使得被處理材料的表面分子鏈發(fā)生斷裂，大量的自由基從而產(chǎn)生，而它們中的一部分會(huì)繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比如通過(guò)自由基與氧氣發(fā)生反應(yīng)：R·+O2→含氧基團(tuán)（-OH，—OOH等）?；蛘呤撬鼈兘佑|空氣后與空氣中的反應(yīng)氣體發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，可以引入各種官能團(tuán)。特定的官能團(tuán)還可以通過(guò)采用其它的工作氣體來(lái)引入，這樣在材料表面就會(huì)出現(xiàn)一些新的狀態(tài)，它們與之前的狀態(tài)完全不同。高分子材料表面的憎水性也會(huì)得到不同程度的改變。反應(yīng)類型為A（s）+B(g)→C（s）。這種反應(yīng)會(huì)在固體表面生成新的化合物，是改變固體表面化學(xué)性質(zhì)的反應(yīng)，所以稱為固體表面改質(zhì)。
4）交聯(lián)反應(yīng)
在被plasma處理的材料表面，常常會(huì)生成一種非常致密的交聯(lián)層，主要是由于部分自由基也會(huì)相互發(fā)生反應(yīng)，這種交聯(lián)層可以強(qiáng)化表面層，對(duì)防止老化是有幫助的，也有助于材料耐磨性的提高、耐化學(xué)品性和黏著性也有所增強(qiáng)，還可以防止添加劑的滲出，可以起到保護(hù)材料體相的作用。
在被等離子體（plasma）處理的高分子材料表面常常伴隨兩種作用，生成的自由基存在引入官能團(tuán)和交聯(lián)反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)與平衡，如果沒(méi)有生成極性基團(tuán)只在高分子材料表面發(fā)生交聯(lián)，那么材料的潤(rùn)濕性能不會(huì)有所改善，而材料的粘著性有所提高。
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