等离子表面处理机工作原理-等离子表面处理机原理-深圳纳恩科技有限公司

等离子表面处理机工作原理

等离子又称为电浆，是物质的第四态，它是由电子和离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子和微粒等)组成的，宏观上呈现准中性，并且具有集体效应的混合气体。随着工业的迅猛发展，人们对聚合物材料表面性能的要求越来越高，并采用了多种方法对聚合物材料进行表面改性。在众多的改性方法中，低温等离子表面处理法是近年来备受关注的研究热点之一。其主要原因是该法改性效果显著，只作用在材料浅表面，其本体性能保持不变。另外，该法属于干式工艺，具有高效节能、无污染等优点。下面简单介绍一下等离子表面处理机的工作原理和改性原理：

等离子表面处理工作原理：

等离子表面处理机一般由控制部分、真空腔室部分、等离子电源及耦合部分、气体部分组成。射频源通过匹配网络作用于真空仓的电极上，气体注入由流量计控制，真空泵用于抽真空和清洗时保持真空室的压强。
等离子表面处理机通过外部施加的高频电场对电子的加速作用引起气体电离产生等离子体。放电形成的等离子体中包括电子、正离子、亚稳态的分子和原子等，当等离子体与被处理的物体表面相互接触时会和材料表面发生化学和物理反应，包括表面刻蚀、产生交联结构以及引入特定的官能团等，可改善材料表面的多种性能，如亲水性、染色性、吸附性、生物相容性等。

等离子表面处理机工作原理图

等离子表面处理机改性原理：

等离子体表面处理是指非聚合性无机气体(如Ar、N2、O2、H2等)的等离子体对高分子材料表面的物理或化学的作用过程。参与表面反应的有激发态分子、自由基和离子，也包括等离子体辐射紫外光的作用。等离子体的能量可以通过光辐射、中性分子流和离子流作用于材料表面，这.些能量的消散过程就是材料表面获得改性的过程。低温等离子体能发出可见光、紫外光和红外光，其中紫外光不仅能被材料强烈吸收，并能使表面产生自由基，所形成的活性位置就会继续和等离子体中的气体组分发生化学反应，引起一系列的表面改性。中性粒子通过自身的自由基离解能引起材料表面各种化学反应(脱氢、氧化、加成)。离子流与表面撞击引起表面刻蚀和加热，也会引起与中性流类似的反应。这三种作用共同组成低温等离子体改性材料表面的原理。

等离子体与物体表面的作用
在等离子体中除了气体分子、离子和电子外，还存在受到能量激励状态的电中性的原子或原子团（又称自由基），以及等离子体发射出的光线。其中波的长短、能量的高低在等离子体与物质表面相互作用时有着重要作用。

原子团等自由基与物体表面的反应
由于这些自由基呈电重型，存在寿命较长，而且在等离子体中的数量多于离子，因此自由基在等离子体中发挥着重要作用。自由基的作用主要表现在化学反应过程中能量传递的“活化”作用，处于激发状态的自由基具有较高的能量，因此易于与物体表面分子结合时会形成新的自由基，新形成的自由基同样处于不稳定的高能量状态，很可能发生分解反应，在变成较小分子同时生成新的自由基，这种反应过程还可能继续进行下去，最后分解成水、二氧化碳之类的简单分子。在另一些情况下，自由基与物体表面分子结合的同时，会释放出大量的结合能，这种能量又成为引发新的表面反应推动力，从而引发物体表面上的物质发生化学反应而被去除。

电子与物体表面的作用
一方面电子对物体表面的撞击作用，可促使吸附在物体表面的气体分子发生分解或解吸，另一方面大量的电子撞击有利引发化学反应。由于电子质量极小，因此比离子的移动速度要快得多。当进行等离子体处理时，电子要比离子更早到达物体表面，并使表面带有负电荷，这有利于引发进一步反应。
离子与物体表面的作用通常指的是带正电荷的阳离子的作用，阳离子有加速冲向带负电荷表面的倾向，此时使物体表面获得相当大的动能，足以撞击去除表面上附着的颗粒性物质，我们把这种现象称为溅射现象。而通过离子的冲击作用可极大促进物体表面化学反应发生的几率。

紫外线与物体表面的反应
紫外线具有很强的光能，可使附着在物体表面物质的分子健发生断裂而分解，而且紫外线具有很强的穿透能力，可透过物体的表层深入达数微米而产生作用。

用低温等离子体对材料表面进行处理是一项新兴技术，使材料表面性能得到一定改善，并且具有如下优点：

（1）低温等离子体对被处理材料无要求，既可以处理金属材料，也可以处理非金属材料
（2）低温等离子体产生能量较低，只在材料表面发生改性，不会影响材料的内部结构与材料整体性能；
（3）低温等离子体改性是干式工艺，几乎不产生有害气体或液体，是一种绿色环保处理方法；
（4）低温等离子体作用于材料表面效率高，处理时间短。

低温等离子表面处理材料，改变了材料表面的微观结构与材料表面化学成分，包括材料的表面化学成分、润湿性、表面微观结构等，达到使材料表面改性的目的。经过低温等离子体改性后的材料表面化学成分发生变化，在材料表面引入了新的化学元素与化学活性官能团；材料表面润湿性发生变化，亲水性或疏水性增加；材料表面微观形貌发生变化，通常材料表面粗糙度增加。改性后材料表面微观结构与微观性能的改变并不是孤立的，而是相互影响、共同作用的结果。如改性后材料表面引入了亲水基团，可使材料表面亲水性增加，材料表面粗糙度增加，对水的输送能力增加，也增加了材料的亲水性，故表面化学成分、表面微观结构都会对润湿性产生影响。