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在氣體被施加強電場或者被施加其他能量時，部分原子被剝奪電子形成的離子，與未剝奪電子的原子，分子，分子形成的基團，電子等組成的混合氣體，這就是等離子體。當氣體被施加強電場或者其他能量時，電子會受到電場的作用而成為自由電子，電離過程就是電子擺脫原子核約束的過程。這時，氣體會形成“漿液”，漿液主要由正電粒子與負電粒子組成。這就是人們稱等離子體為電漿的原因。等離子體不同于物質的其他三種狀態(tài)，等離子體整體上呈現(xiàn)準中性，這是由于在等離子體中正負電荷的數目基本相等。等離子體與固體，液體，氣體一起被稱為物質存在的四種形態(tài)。

等離子親水處理原理

等離子體化學活性高、一般不產生有毒物質或污染物，可以在不影響材料基體性能的前提下實現(xiàn)表面親水化改性，是一種綠色的表面親水化改性手段。

低溫等離子體內含有大量高能粒子，如電子（1-20ev，平均約5ev）、離子（0-2ev）、激發(fā)態(tài)基團（0-20ev）和光子（3-40ev）。表1.1列舉了部分典型化學鍵的鍵能，由此可知，低溫等離子體中大多數活性成分的能量高于多數化學鍵鍵能，因此，等離子作用于固體表面后，足以打斷表面物質大多數分子鏈的化學鍵，使表面發(fā)生一系列物理化學過程，如刻蝕、官能團引入、聚合沉積、交聯(lián)、接枝等。

表1.1 典型化學鍵鍵能

等離子體對固體表面的親水化改性是一個復雜的物理化學過程，往往是多種物理化學過程的協(xié)同作用或互相競爭的結果，其中等離子親水化原理主要包含以下幾類：

（1）表面官能團引入

固體表面暴露在等離子體氛圍中時，其最外層分子鏈的化學鍵會在等離子體作用下斷裂，表面分子鏈上因此出現(xiàn)大量懸空鍵，形成表面自由基，然后和等離子體中的活性成分發(fā)生反應生成一系列新的官能團，實現(xiàn)材料表面官能團的引入。該方法對固體表面形成的處理深度一般小于10nm，因此可認為是一種對材料基體性能無影響的表面改性技術。采用等離子進行表面親水化改性時，等離子體中的O、OH等自由基和表面自由基結合，形成含氧親水基團，如—OH、—CO和COO等，是等離子親水化改性的主要原因之一。

（2）表面刻蝕

等離子體作用于固體表面時發(fā)生的刻蝕現(xiàn)象主要包含物物理刻蝕和化學刻蝕兩類。物理刻蝕多發(fā)生于非反應性氣體（如Ar、He等）產生的等離子體中，其中的高能重離子（如Ar⁺、He⁺等）轟擊固體表面后產生濺射效應，將表面材料去除?；瘜W刻蝕一般發(fā)生在含有反應性粒子（如O、F原子等）的等離子體中，這些活性成分和固體表面成分發(fā)生化學反應，生成揮發(fā)性氣態(tài)物質，從而形成材料去除。物理刻蝕可實現(xiàn)材料的逐層剝離，屬于各向同性刻蝕，而化學刻蝕對材料結晶相和非晶相往往具有不同的刻蝕速率，可實現(xiàn)對表面的各向異性刻蝕，因此化學刻蝕對形成表面粗糙結構至關重要。大多數材料（尤其是聚合物材料）表面在等離子處理過程中會發(fā)生刻蝕現(xiàn)象，使表面粗糙化。由Wenzel理論可知，表面粗糙化可使親水表面更親水，因此，結合等離子體處理在表面引入的親水性基團，可使表面親水性進一步提高。

（3）交聯(lián)

等離子體將固體表面分子鏈上的化學鍵打斷后形成的自由基除了和等離子體中的活性成分發(fā)生反應外，還會和其他相鄰的表面自由基結合，發(fā)生交聯(lián)反應。等離子親水化改性中，交聯(lián)的主要作用是降低表層分子鏈的遷移率，從而抑制表面親水性的恢復。

低溫等離子體因其宏觀溫度低、操作簡單、成本低廉等優(yōu)點，廣泛應用于固體表面親水化改性，尤其是在溫度敏感材料、復雜形狀工件表面處理方面，更是具有獨特的優(yōu)勢。