等離子體預(yù)處理的工作原理

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-11-13

等離子體預(yù)處理是將材料暴露于非聚合性氣體等離子體中利用等離子體轟擊材料表面,引起高分子材料結(jié)構(gòu)的許多變化而對高分子材料進行表面改性。

圖1-1 等離子體與聚合物表面相互作用原理示意圖

等離子體預(yù)處理的工作原理

等離子體預(yù)處理技術(shù)之所以可以應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域，主要是因為等離子體中蘊涵的各種離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基和光子等多種高能活性粒子（如表1-1所示）可與聚合物表面相互作用（如圖1-1）。等離子體的能量通過輻射、中性粒子流和離子流的碰撞作用傳遞到材料表面是其獲得表面改性的根本原因。等離子體與材料能量交換的途徑主要靠輻射和粒子碰撞。

表 1-1 低溫等離子體中活性粒子能量與作用深度

活性粒子	能量（ev）	作用深度（um）
自由基、激發(fā)態(tài)原子 / 分子	5~10	>0.1
離子、電子	1~100	10
紫外線	5~20	10

輻射
光譜輻射的產(chǎn)生方式有多種：等離子體中含有高激發(fā)態(tài)的電子躍遷到低激發(fā)態(tài)或基態(tài)時會發(fā)出的線光譜輻射；自由電子被離子捕獲復(fù)合成低價態(tài)的離子或中性粒子，也會釋放多余能量的輻射出連續(xù)光譜；另外當(dāng)帶電粒子的運動狀態(tài)發(fā)生變化也會產(chǎn)生連續(xù)光譜輻射。

等離子體中發(fā)出的光輻射屬于紅外光、可見光和紫外光等多個頻譜段的輻射。對聚合物來說，對可見光的吸收是很微弱的，且可見光所含能量低，不會引起任何的化學(xué)反應(yīng)；對紅外光雖然強烈吸收，但也只是以轉(zhuǎn)化熱能的形式消散；而紫外光不僅能為聚合物強烈吸收，而且能使聚合物產(chǎn)生自由基，所形成的活性位置繼而和等離子體中的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起一系列的表面改性。

碰撞
碰撞是除輻射外導(dǎo)致產(chǎn)生改性變化的另一種方式，電離、正負(fù)荷電粒子復(fù)合、中性粒子激發(fā)、附著和離脫等元過程都可能在這個過程中發(fā)生。等離子體中的中性粒子通過連續(xù)不斷的沖擊固體表面將能量轉(zhuǎn)移給聚合物。這些中性粒子具有四種形式的能量：動能、振動能、離解能（形成自由基）和激化能（亞穩(wěn)態(tài)）。其中，動能和振動能只對聚合物產(chǎn)生加熱的作用；而自由基離解能則是通過引起聚合物表面各種化學(xué)反應(yīng)獲得消散，也可與聚合物表面的自由基結(jié)合釋放能量使聚合物加熱；激化能是以與固體表面發(fā)生碰撞而達到能量消散的，這些亞穩(wěn)態(tài)分子和原子的能量通常大于聚合物的離解能，因而在碰撞過程中會產(chǎn)生聚合物的自由基。

等離子體中的離子流帶有動能，振動能和電能。離子流對聚合物的表面撞擊將能量轉(zhuǎn)移給了聚合物。另外還有體系中運動的電子流，研究認(rèn)為非平衡態(tài)（低壓）等離子體中僅有少量的電子有較高的能量（5~15eV），大部分電子處于0.5~5eV的能量水平。根據(jù)表2-2給出的有機化合物的鍵能，可以看出，大部分電子己經(jīng)能夠打開有機化合物的化學(xué)鍵，或者通過產(chǎn)生自由基，在表層形成新的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

表 2-2 有機物代表性鍵能

化學(xué)鍵	能量（ev）	化學(xué)鍵	能量（ev）
C-H	4.3	C=O	8.0
C-N	2.9	C-C	3.4
C-Cl	3.4	C=C	6.1
C-F	4.4	C≡C	8.4

以上就是國產(chǎn)等離子清洗機廠家納恩科技關(guān)于等離子體預(yù)處理工作原理的簡單介紹，等離子體處理是一種低溫、快速、有效且易于控制的預(yù)處理方式，低溫等離子體能夠有效的改善高分子材料的表面性能，包括潤濕性、粘合性、染色性、印刷性、防靜電性、拒水性和拒油性及其他性能等等。