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等離子體是一種高度激發(fā)的、高溫下電離氣體狀態(tài)，其中電子和正離子（即原子或分子失去一個或多個電子而帶有正電荷）以及自由電子以極高速度運動。這種狀態(tài)下的等離子體具有類似于固體、液體和氣體的某些性質(zhì)，如導(dǎo)電性、磁性和光學(xué)特性等，因此被稱為“第四態(tài)”。

等離子體預(yù)處理幾乎適用于所有材料，其適用范圍非常廣泛。等離子體的滲透作用只會影響被處理物表皮以下1納米以下的深度，因此不會影響材料的整體性能。等離子體處理方法可以使那些不適宜通過常規(guī)方法進(jìn)行改性的材料，其表面性能變得更易改變。等離子體加工是一種在封閉干燥系統(tǒng)中進(jìn)行的物理處理技術(shù)，其具備較高的可靠性和安全性。相對于化學(xué)方法，等離子體加工對化學(xué)制品的消耗較少，且不需要使用危險化學(xué)品，因此不存在廢水和廢料處理問題，對環(huán)境影響較小，符合生態(tài)加工的概念。

O₂等離子體處理玻璃表面鍍膜

等離子體中的高速粒子在碰撞材料表面時，會發(fā)生物化反應(yīng)，從而改變材料的表面性能。經(jīng)過O₂等離子體處理，受到高能量粒子沖擊的玻璃材料，它的表面的部分Si-O-Si橋氧鍵斷裂。這一過程產(chǎn)生了大量自由基，并且玻璃表面的裸露的硅氧鍵與這些自由基發(fā)生反應(yīng)，生成活性官能團(tuán)Si-OH，提高了玻璃的表面能。通過對玻璃表面進(jìn)行XPS實驗測試，可以研究未經(jīng)處理和在80W功率、300s時間條件下經(jīng)O2等離子體處理后玻璃表面基團(tuán)含量的變化。在玻璃材料中，氧原子的結(jié)合形式主要以橋接氧(Si-O-Si)的形式存在，同時也存在于結(jié)合能在為530.8eV處的Si-O-Na、Si-O-K、Si-O等玻璃網(wǎng)絡(luò)外部的形式中。硅羥基區(qū)(Si-OH)的結(jié)合能峰位置大約在533.2eV處。根據(jù)下圖1，可以注意到，532.2eV處的峰的強(qiáng)度明顯下降，而533.2eV處的峰的強(qiáng)度上升。533.2eV處的峰與532.2eV處的峰的相應(yīng)面積比從1.02增加到0.72，表明等離子體處理確實增加了玻璃表面上的活性基團(tuán)的數(shù)量。這是因為在等離子體處理時，橋接氧結(jié)構(gòu)(Si-O-Si)被斷裂，導(dǎo)致裸露的Si和O懸掛鍵被羥基化。這使得硅羥基團(tuán)和非橋氧結(jié)構(gòu)的含量增加，證明了氧等離子體處理后玻璃基片確實能在其表面增加活性基團(tuán)Si-OH含量。

圖1 氧等離子處理玻璃前后的 XPS 譜圖 (a) 處理前 ; (b) 處理后

O₂氧等離子體預(yù)處理可以使玻璃表面增加活性基團(tuán)，從而增加化學(xué)結(jié)合力。在薄膜制備過程中，這種化學(xué)結(jié)合力可以使復(fù)合薄膜與玻璃基板之間的結(jié)合更牢固。通常情況下，氧等離子體預(yù)處理可以通過在氧氣等離子體中將玻璃基板暴露在氧化環(huán)境中，使得玻璃表面上的硅氧中心自由基和硅羥基基團(tuán)增多。這些基團(tuán)的存在可以與薄膜中的活性基團(tuán)形成更牢固的化學(xué)鍵，增強(qiáng)薄膜與玻璃基板之間的結(jié)合力。