低溫氧等離子體中有豐富的活性粒子，在材料表面改性中有著重要的應(yīng)用。與其他低溫等離子體類似，低溫氧等離子通過氣體放電獲得，其中放電方式主要有直流電場放電和射頻放電等。其中，射頻放電是一種在低溫低氣壓狀態(tài)下的放電技術(shù)，使用射頻放電可獲得電離度與密度較大的氧等離子體，因而廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。
氧等離子清洗機(jī)主要由四部分組成：反應(yīng)室、射頻電源及電極和抽氣系統(tǒng)。反應(yīng)室中央裝著上下平行的電極板,電極間距可調(diào)。圖 1-1所示為氧等離子清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可知，氧等離子清洗機(jī)采用電容耦合的內(nèi)部電極放電結(jié)構(gòu)，其原理為：在低真空環(huán)境中通入氧氣，上電極接入的射頻功率會(huì)使得上極板與下極板交替（陰極）發(fā)射電子，電子經(jīng)過上下極板之間的電場加速后撞擊氧分子；當(dāng)電子速度達(dá)到足夠大時(shí)，其撞擊便會(huì)使氧氣電離；電離后的氧等離子體中含有的多種帶電粒子，在電場的作用下，這些帶電粒子不斷碰撞別的粒子，不斷變化；最后氧等離子體整體達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，其含有各種粒子的比例由射頻功率決定。同時(shí)在這個(gè)過程中，需要不斷輸入氧氣和排出廢氣。
圖1-1 氧等離子清洗機(jī)工作原理圖
低溫氧等離子體中含有很多高化學(xué)活性的粒子，如正氧離子、負(fù)氧離子、電子、原子氧和氧分子等，其整體呈現(xiàn)出不同粒子相互碰撞的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。
氧氣等離子體形成過程即可用下列6個(gè)反應(yīng)式來表示：
O2——O2+e
O2——2O
O2+e——O2+e
O2+e——O2+hv+e
O2+e——2O+e
O2+e——O+O++2e
第一個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后變成氧氣陽離子，并放出自由電子的過程。第二個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后分解形成兩個(gè)氧原子自由基的過程。第三個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在具有高能量的激發(fā)態(tài)自由電子作用下轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)。第四第五反應(yīng)式則表示激發(fā)態(tài)的氧氣分子進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變，在第四個(gè)反應(yīng)式中，氧氣分子回到通常狀態(tài)的同時(shí)發(fā)出光能（紫外線）。在第五個(gè)反應(yīng)式中，激發(fā)態(tài)的氧氣分子分解成兩個(gè)氧原子自由基。第六個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在激發(fā)態(tài)自由電子的作用下，分解成氧原子自由基和氧原子陽離子的過程。當(dāng)這些反應(yīng)連續(xù)不斷發(fā)生，就形成里氧氣等離子體。
氧等離子清洗機(jī)處理可以引入含氧極性基團(tuán)
O2等離子體處理材料表面，可以提高材料的表面能并引入大量的含氧極性基團(tuán)(－COOH、－OH)，增大材料表面的粗糙程度，進(jìn)而改善表面的潤濕性。
R·+0·→RO·
R·+O2→ROO·
材料表面經(jīng)氧氣等離子體處理的表面變化
氧等離子清洗機(jī)可以清洗材料表面的有機(jī)污染物
氧離子會(huì)與有機(jī)污染物發(fā)生氧化反應(yīng)如（式a所示）。(a)表示氧等離子體反應(yīng)的過程，可以看出，氧等離子體中的活性粒子與有機(jī)污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有機(jī)污染物被分解，生成了二氧化碳和水。
O2＋e－→ 2O ※ +e－ O ※+有機(jī)物 →CO2+H2O（式a）
氧氣等離子與有機(jī)污染物反應(yīng)原理
氧等離子清洗機(jī)常見應(yīng)用：
微流控芯片制作：清潔PDMS和載玻片表面,并用氧等離子清洗機(jī)處理,使表面變得親水,從而形成牢固的鍵合
硅片清洗：用氧等離子清洗硅片表面，可以得到羥基化親水表面
ITO/FTO導(dǎo)電玻璃清洗：氧等離子清洗不僅可以改變ITO表面的化學(xué)組成，還可以去除表面含有的碳，并增加ITO陽極的功函數(shù)，減小注入勢壘，對器件性能具有較好的提升作用
襯底清洗：利用氧等離子清洗機(jī)對襯底清洗，這樣可以保證材料可以更好地吸附在襯底上
石墨烯薄膜：可以利用氧氣等離子清洗機(jī)對石墨烯薄膜的表面進(jìn)行親水性的處理
氧氣等離子清洗機(jī)可以在不改變材料本體化學(xué)結(jié)構(gòu)的同時(shí)在材料表面引入新的極性基團(tuán)，使惰性的材料表面得以活化。氧等離子體處理在材料表面產(chǎn)生了化學(xué)作用和物理效應(yīng)，使較為光滑的材料表面粗糙化。氧等離子體處理可以大幅度提高了材料表面的浸潤性能。
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