低溫等離子體處理作用方式與原理

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：2023-04-03

電子在一定條件下脫離原子核的束縛成為自由電子的過程稱為“電離”。電離后的氣體正負(fù)電荷量相同，呈電中性，因此稱其為等離子體，也稱之為“離子漿”或“電漿”。它是一種包含了離子、電子、自由基團(tuán)及其他中性粒子（原子、分子）的激發(fā)態(tài)活性粒子組合，常被稱為物質(zhì)的“第四態(tài)”。

等離子體不同于普通氣體，普通氣體由原子或分子組成，分子間只存在短程力，粒子的運(yùn)動(dòng)可以用分子動(dòng)理論很好的解釋，而等離子體粒子之間存在一種電荷間的庫(kù)侖力，其作用遠(yuǎn)超普通氣體之間的分子力。在外加磁場(chǎng)的約束下，它可實(shí)現(xiàn)回旋運(yùn)動(dòng)從而有著獨(dú)特的集體特性，同時(shí)擁有良好的導(dǎo)電性。在自然界中，99%的物質(zhì)狀態(tài)都是以等離子體的形式存在的，生活中常見的固體、液體、氣體卻不足1%。比如宇宙里最普遍存在的天體—恒星，本身就是巨大的等離子體星體，所熟知的太陽同樣處于等離子態(tài)，這是因?yàn)槠鋬?nèi)部的溫度和壓力都非常高，會(huì)源源不斷的發(fā)生核聚變反應(yīng)。在我們生活中常見的閃電、地球南北兩極的極光、火焰的燃燒等都屬于等離子體的范疇，如圖1.1所示。

圖1.1 自然界中的等離子體

低溫等離子體處理作用方式與原理

等離子體包含大量高活性的離子、電子、自由基及其他激發(fā)態(tài)的中性粒子，所以對(duì)高分子材料表面處理是一個(gè)極為復(fù)雜的過程，這些高能粒子可產(chǎn)生多種類型的物理及化學(xué)反應(yīng)。對(duì)材料的作用主要分為以下幾種：

（1）等離子體刻蝕
等離子體對(duì)高分子材料表面的刻蝕作用主要來源于高能活性粒子（離子、自由基、激發(fā)態(tài)中性粒子）對(duì)材料表面的轟擊。可以實(shí)現(xiàn)材料表面的清污、材料表面弱邊界的去除、材料本身表面分子鏈的斷裂，隨著等離子體的進(jìn)一步處理，材料表面的粗糙度增大，在原子力顯微鏡下呈現(xiàn)坑洼狀，比表面積增大，吸附性、粘結(jié)性、潤(rùn)濕性都會(huì)顯著提高。

（2）等離子體聚合
聚合作用包含等離子體本身的聚合（等離子體化學(xué)氣相沉積）和材料表面分子鏈的再聚合（表面交聯(lián)）。前者是采用聚合性氣體作為等離子體氣氛處理高分子材料，表面會(huì)沉積一層超薄的聚合膜，這種薄膜可以起到防護(hù)、絕緣、氣液隔離的作用，應(yīng)用于多種先進(jìn)領(lǐng)域。后者主要發(fā)生在工作氣氛為氦氣、氬氣等惰性氣體時(shí)，等離子體中的粒子能量在幾到幾十電子伏特之間大都高于高分子材料的化學(xué)鍵能，所以足夠引起表面化學(xué)鍵和材料主鏈斷裂。在無其他反應(yīng)性成分的情況下，斷裂產(chǎn)生的自由基重新形成共價(jià)鍵，材料表面發(fā)生再交聯(lián)，從而改變材料的力學(xué)性能和表面特性。

（3）等離子體官能團(tuán)引入與接枝
當(dāng)?shù)入x子體氣氛為反應(yīng)性氣體（O2、CO2、NH3等）時(shí)，經(jīng)過等離子體處理后，材料表面分子鏈發(fā)生斷裂并且活化后接入—OH、—COOH、—C=O、—NH2等官能團(tuán)，但這類基團(tuán)一般穩(wěn)定性較差，時(shí)效性明顯，容易發(fā)生翻轉(zhuǎn)或重排。目前為避免這種情況，會(huì)選擇具有特定性能的單體接枝于被等離子體活化后的材料表面，使其擁有特定的功能，稱為等離子體接枝。

以上就是等離子體處理機(jī)廠家納恩科技整理編輯的關(guān)于低溫等離子體處理作用方式與原理的簡(jiǎn)單介紹，以上的作用方式在等離子體處理過程中非常常見，但是不同情況下有主輔之分。處理的材料類型、等離子體氣氛種類不同，作用方式就不同，比如等離子體在對(duì)金屬材料處理時(shí)以表面清洗為主，而對(duì)非金屬材料則以刻蝕、接枝改性為主。同種材料在同一等離子體氣氛下的作用也不盡相同，與等離子體的處理功率、處理時(shí)間、真空度、進(jìn)口流量等參數(shù)息息相關(guān)，直接受等離子體的粒子活性、密度與電離程度的影響。