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等離子體是帶電粒子和中性粒子組合成的物質(zhì)集合體,它是自然界中除了固體、液體和氣體之外物質(zhì)存在的第四種形態(tài)。等離子體中存在著大量的自由電子和離子,整體呈現(xiàn)為中性,其內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)十分活躍復(fù)雜,粒子與粒子之間會(huì)在運(yùn)動(dòng)中不斷碰撞電離,然后產(chǎn)生更多的電子-離子對(duì)。此外,等離子體具有可壓縮性,在外部壓力或電磁力作用下,等離子體的密度會(huì)發(fā)生顯著變化,這使得人們可以通過(guò)控制壓力或者電磁力對(duì)等離子體進(jìn)行不同功能的應(yīng)用。等離子體按照溫度可以分為高溫等離子體和低溫等離子體兩種,高溫等離子體的溫度一般能達(dá)到10?-10?K,內(nèi)部能力極高,一般用于核聚變反應(yīng)的研究和高溫材料的合成;低溫等離子體的溫度則接近于室溫,能夠被較為容易地控制,其中大氣等離子體是在大氣壓下產(chǎn)生的等離子體。在大氣等離子體中沒(méi)有復(fù)雜的真空系統(tǒng)約束,氣體壓力接近大氣壓,相比于低氣壓等離子體材 料表面處理技術(shù),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

大氣等離子體處理設(shè)備的主要類(lèi)型

大氣等離子體(APP)處理設(shè)備依據(jù)放電機(jī)制可分為介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)、射頻放電(Radio Frequency Discharge,RF Discharge)、微波放電(Microwave Discharge,MW Discharge)、電弧放電、電暈放電等方式。

大氣等離子體對(duì)材料表面改性的方法

大氣等離子體對(duì)材料表面的處理可以用于改善材料的物理化學(xué)性質(zhì),如對(duì)高分子材料表面的改性,能夠在塑料、橡膠等材料引入極性基團(tuán)(如羧基、羥基等),提升這些材料與油墨或者膠粘劑之間的界面相容性,適用于包裝材料行業(yè)。等離子體還可以通過(guò)大量高速粒子的沖擊在材料表面形成刻蝕,提升材料表面的粗糙度,如在陶瓷或者金屬表面進(jìn)行等離子體處理后,就可以增強(qiáng)后續(xù)涂覆的涂層的附著力,延長(zhǎng)其使用壽命。此外,等離子體還對(duì)材料表面有一定的清潔作用,如在半導(dǎo)體制造業(yè)中,可以通過(guò)等離子體處理對(duì)晶圓表面進(jìn)行清洗,去除晶圓表面殘留的光刻膠、金屬雜質(zhì)等物質(zhì),提升晶圓的良品率。因此,等離子體對(duì)材料表面改性的方法可以總結(jié)為以下幾點(diǎn):

(1) 表面刻蝕與粗糙化

通過(guò)等離子體內(nèi)部的大量高能粒子對(duì)材料表面的轟擊,在材料表面形成刻蝕,增加材料表面的粗糙度和比表面積。

(2) 表面交聯(lián)強(qiáng)化

高能粒子撞擊導(dǎo)致材料表層分子鏈斷裂,生成自由基并重新結(jié)合形成致密的交聯(lián)層。

(3) 自由基的生成與官能團(tuán)的引入

等離子體中的活性粒子(如O、N自由基)與材料表面反應(yīng),打破C-F、C-C等惰性化學(xué)鍵,生成新的極性基團(tuán)(如-COOH、-OH、-NH?)。