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等離子體為區(qū)別于自然界常見的氣、液、固三種狀態(tài)以外的一種物質(zhì)存在形態(tài)。等離子體是在高溫、高壓、低壓、電磁場(chǎng)或高能量流等特定條件下，物質(zhì)發(fā)生電離而形成含有電子、離子、分子和自由基等物質(zhì)的一種非凝聚狀態(tài)的統(tǒng)稱。等離子體系中正負(fù)電荷平衡，故等離子體系統(tǒng)呈電中性狀態(tài)。

根據(jù)等離子體系中粒子的溫度，等離子體分為高溫等離子體、低溫等離子體兩類。其中高溫等離子體是指體系中的電子、離子和其他中性粒子溫度高達(dá)5000-20000K，且這些粒子的溫度幾乎相同，在體系中呈均勻分布，也稱為熱平衡等離子體。高溫等離子體一般在壓力高于100Torr時(shí)形成，常用于陶瓷等高熔點(diǎn)物質(zhì)的燒結(jié)、金屬焊接等應(yīng)用。低溫等離子體一般在壓力為數(shù)Torr時(shí)形成，體系中電子的溫度高達(dá)10000K，離子與中性粒子的溫度則低至室溫，因此整個(gè)體系是一個(gè)非平衡狀態(tài)。低溫等離子體常用于材料表面修飾、改性。等離子體按照產(chǎn)生方式分為低頻放電（3kHz或40kHz）、高頻放電（13.56MHz）和微波放電（2.45GHz）等。

低溫等離子體具有對(duì)材料表面活化或修飾官能團(tuán)的作用，因?yàn)榈入x子體中包含自由電子、離子、原子、處于激發(fā)態(tài)的分子、自由基和紫外光等多種具有高度活性的粒子，其各自能量如表1.1所示。

材料組成中常規(guī)的化學(xué)鍵鍵能如表1.2所示。對(duì)比表1.1和1.2可發(fā)現(xiàn)，等離子體中粒子的能量基本高于材料中常規(guī)化學(xué)鍵鍵能，因此在這些高能粒子轟擊下，材料表面可能發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、重組，從而達(dá)到材料表面性能改變的目的。

低溫等離子體材料處理的作用主要有：

（1）刻蝕，等離子體中高速運(yùn)動(dòng)的粒子對(duì)材料表面轟擊，材料燒蝕后在表面產(chǎn)生坑洼、孔洞，增加了材料比表面積并改善表面潤(rùn)濕性。

（2）輻射，處于激發(fā)態(tài)粒子不斷地進(jìn)行電子躍遷，該過程將釋放多余的能量并發(fā)射光譜。處于紫外光波譜的能量非常強(qiáng)烈，吸附在材料表面產(chǎn)生自由基，達(dá)到材料性能改變的目的，或有利于后續(xù)高分子物質(zhì)接枝。

（3）表面交聯(lián)、修飾，等離子體中高能粒子包括電子、激發(fā)態(tài)粒子、自由基等轟擊材料表面使化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，形成新的自由基，或通過自由基的撞擊直接向材料表面?zhèn)鬟f自由基。這些自由基之間發(fā)生組合形成新的基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)材料表面的交聯(lián)和修飾作用。

低溫等離子處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要有：

（1）不破壞材料的本體結(jié)構(gòu)，一般僅對(duì)材料表面幾到幾十納米層范圍進(jìn)行處理。而傳統(tǒng)化學(xué)處理或高能技術(shù)處理可深入到材料內(nèi)部，導(dǎo)致材料本身結(jié)構(gòu)被破壞。

（2）可在無其它試劑介入的情況下對(duì)材料表面進(jìn)行化學(xué)官能團(tuán)修飾，無需對(duì)處理后材料進(jìn)行清洗，工藝簡(jiǎn)單且無試劑污染。

（3）對(duì)被處理材料的形狀無要求，適用性廣。

（4）處理時(shí)間短，等離子處理時(shí)間通常以秒或分鐘計(jì)，效率高。