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等離子體是1879年克魯克斯發(fā)現(xiàn)的不同于固液氣的物質(zhì)的第四態(tài)。其自由電子和離子所帶正負電荷完全抵消，總體帶電量仍為中性。根據(jù)電子溫度可將等離子體分為高溫和低溫等離子體。低溫等離子體中含有大量活性粒子，除電子和離子外，還有許多分子、原子和自由基等中性粒子，粒子間復雜的相互作用產(chǎn)生大量傳統(tǒng)化學反應無法產(chǎn)生的高活性物質(zhì)，這些物質(zhì)很容易和材料表面發(fā)生反應，達到意想不到的效果，因此等離子體材料表面改性中使用的通常是低溫等離子體。利用低溫等離子體處理時，材料表面會產(chǎn)生多種物理化學變化，例如沉積、刻蝕、交聯(lián)、引入官能團等，從而改善了材料的親水性、粘結性、生物相容性等特性，使得材料的性能得到了很大提升。

低溫等離子體材料表面改性技術

低溫等離子體材料表面改性技術就是利用低溫等離子體對材料表面產(chǎn)生物理和化學作用。低溫等離子體中含有豐富的離子、電子、激發(fā)態(tài)分子等活性粒子，其能量一般高于材料表面結合鍵能，能夠打開材料表面原有的化學鍵，并和其他活性基團發(fā)生反應形成新的化學鍵，產(chǎn)生新的極性基團。但這些能量又不足以深入材料內(nèi)部，只能到材料表面幾至幾百納米深度內(nèi)，這些活性粒子在材料表面主要發(fā)生以下三種作用：

1、表面刻蝕

材料表面成分與等離子體發(fā)生反應形成揮發(fā)性物質(zhì)，從表面去除，出現(xiàn)刻蝕現(xiàn)象，使得材料表面變得粗糙，產(chǎn)生裂紋，造成原有化學鍵斷裂，形成新自由基。由于刻蝕作用，材料表面變得坑洼不平，表面粗化，使得比表面積變大，提高了材料潤濕性能。

2、產(chǎn)生交聯(lián)結構

當使用惰性氣體產(chǎn)生等離子體時，其中電子、光子、激發(fā)態(tài)粒子等高能粒子通過轟擊、碰撞等方式使得材料表面的化學鍵斷裂，形成自由基。由于使用的是惰性氣體，無法與這些自由基反應，從而其和材料表面物質(zhì)結合，形成網(wǎng)狀交聯(lián)結構。因為在反應中會有原有的單鍵出現(xiàn)斷裂，形成新的雙鍵，使得材料表面的力學性質(zhì)等得到改善。

3、引入官能團

當使用容易與被處理材料反應的氣體作為放電氣體時，這些氣體會與被等離子體處理的材料表面發(fā)生多種復雜的化學反應，從而引入一些新的官能團，如氨基、羧基、烴基、酚酞基等。它們的親水能力非常強，當材料表面產(chǎn)生的這些基團越多時，材料的親水性就會越強，吸濕能力就越強，表面活性也會顯著增加。

低溫等離子體表面改性技術可以在不影響材料基底成分和主要性能的情況下對其進行表面處理，具有能耗低、污染小、效率高、適應性好等特點，因此被廣泛應用在金屬工業(yè)、半導體材料、高分子聚合物、生物醫(yī)藥、航空航天等領域。