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氧等離子體處理技術是一種有效的界面改性手段，是一種省時又環保的方法用于對各種基材和幾何形狀的表面改性。氧等離子體處理（oxygen plasmatreatment）是指在氧氣（O₂）氣體環境下，對氧氣進行電離，轟擊，從而形成各種含氧氣體對材料表面進行物理和化學改性的方法，它可以在很短的時間內提高材料表面的物理和化學特性，例如親水性和生物相容性等。

氧等離子體處理原理

等離子體在放電的過程中，會產生高能電子。這是由于氣體中出現了自由電子，自由電子可以從外加電場中獲取能量，從而與某個氣體分子發生非彈性的碰撞，進而將能量傳向該分子，使得該氣體分子的外表層電子脫離核的束縛，進而產生更多帶正電的離子和自由電子。氧分子通過高速運動電子的沖擊下以及在光電效應的作用下，會發生碰撞、離解、電離以及復合效應，從而形成氧等離子體。在氧等離子體中存在著多種微粒，主要有正離子、負離子、O⁺、O₂⁺、O^-、O₂^-、O₃^-、基態微粒、激發態微粒等，這些活性基團極其不穩定，很容易重新組合成新物質。

氧等離子處理過程中，這些氣體的原子不直接進入高分子材料的分子鏈中，而是其等離子體中的高能粒子轟擊高分子材料表面。在對材料表面作用過程中，可使材料表面產生大量自由基或引入特定官能團，在高分子材料表面產生刻蝕作用或致密交聯結構。

氧等離子體按照對材料表面改性方式的不同，作用原理可以分為以下幾種：

氧等離子體刻蝕

氧等離子體對高分子材料表面產生刻蝕作用后，會引起材料表面產生凹坑或起伏，使材料表面變得粗糙并且伴有化學鍵的斷裂。產生刻蝕作用的情況有兩種。一種是惰性氣體等離子體中的高能粒子流在材料表面產生濺射；另一種是等離子體中的化學活性粒子與高分子材料產生相互作用，可引起高分子材料及表面化學鍵的斷裂，如圖1所示。

圖1 氧等離子體刻蝕示意圖

氧等離子體清洗

氧等離子體清洗是利用氧等離子體的強氧化化學作用“燒掉”有機污染層。其基本原理如圖2所示。

圖2 氧等離子體清洗示意圖

有機污染物的去除過程可以用下列化學式來表示:

1) 首先利用等離子的原理將氣體分子激活

O₂→O+O+2e^-

O+O₂→O₃

O₃→O+O₂

2) 然后利用O，O₃與有機物進行反應，達到排除有機物的目的

有機物+O，O₃→CO₂+H₂O

經過氧等離子體的清洗，有機污染層被徹底燒掉，材料表面的潤濕性大大增加。

氧等離子活化

氧等離子體中自由基沖擊材料表面時，可在材料表面生成大量的活潑自由基。這些鏈自由基與體系中的其他游離自由基結合時，可在材料表面植入羥基等含氧官能團，使其表面親水。氧等離子體處理后，高分子材料表面上所引入的新基團，其會變得更不穩定，表面能會得到一定程度的增加，材料處于一種高能的不穩定狀態。由于所有物質都會自發降低能量來增加自身穩定性，經氧等離子體處理所引入的基團將會翻轉進入高分子材料內部，而部分內部原子將會轉移進入材料表面，直至高分子材料表面和內部原子、基團達成動態平衡，親水性逐漸喪失。如下圖3所示：

圖3 氧等離子體活化示意圖

綜上所述：氧等離子體處理技術是利用等離子體機對氧氣施加足夠的能量使之離化成為等離子狀態，處理樣品表面，實現樣品清潔、改性等目的的一種方法。采用氧等離子體處理的方法簡單、綠色環保、容易操作。