等离子体技术在材料表面改性上的应用

等离子体（点击了解详情）作为物质存在的第四态，存在着大量的、种类繁多的活性粒子，比通常的化学反应所产生的活性粒子种类更多、活性更强，更易于和所接触的材料表面发生反应，因此等离子体被用来对材料表面进行改性处理。与传统的方法相比，等离子体表面改性成本低、无废弃物、无污染，处理效果绝佳，在金属、微电子、聚合物、生物功能材料等多领域有广阔的应用前景。

等离子体表面改性将材料暴露于非聚合性气体等离子体中，利用等离子体轰击材料表面，引起材料表面结构的许多变化而实现对材料的活化改性功能。表面改性的功能层极薄（几到几百纳米），不会影响材料整体宏观性能，是完全的无损工艺。等离子体表面改性还可以利用等离子体聚合或接枝聚合功能在材料表面生成超薄、均匀、连续无孔的高功能，实现疏水、耐磨、装饰等功能。

对高分子材料进行表面改性，达到高性能或高功能，是经济有效地开发新材料的重要途径。高分子材料在日用品、汽车、电子行业的使用中，可能出现表面能低导致成品性能不足的问题。等离子体处理能够改善高分子材料的表面性能，包括染色性、湿润性、印刷性、粘合性、防静电性、表面固化等，不仅提高产品质量，而且可以拓宽材料的应用领域。

等离子体技术用于纤维表面改性也受到广泛的注意。等离子体处理碳纤维表面即能改善粘接性，又能保证纤维拉伸强度不下降。此外，等离子体处理还能消除碳纤维的表面微裂纹，减少应力集中，提高纤维本身的拉伸强度。等离子体处理Kevlar纤维、芳纶纤维同样效果显著。PET纤维应用广泛，但染色性、吸湿性、抗污性能差，经等离子体处理后，表面引入极性基团，产生自由基、交联层，有效改善各种性能。

电子元器件、汽车零部件等工业元件在生产过程中由于交叉污染、自然氧化、焊剂等，表面会形成各种污物，这些污染物会影响元件在后续生产中的焊接、粘接等相关工艺质量，降低成品可靠性和合格率。等离子体处理通过化学或物理作用对工件表面进行处理，反应气体电离产生高活性反应离子，与表面污染物发生化学反应进行清洁。需要根据污染物的化学成分对反应气体进行选择。以化学反应为主的等离子体清洗速度快，选择性好，对有机污染物清洗效果较好。表面反应以物理作用为主的等离子体清洗最常用的是采用氩气，不会产生氧化副产物，刻蚀作用各向异性。一般情况下等离子体表面改性过程中，化学反应和物理作用是共同存在的，从而得到较好的选择性、均匀性和方向性。

由于工业领域精密化、微小化的发展方向，等离子体表面改性技术以其精细清洁、无损改性的优势在半导体行业、芯片产业、航空航天等高新技术行业也会有越来越重要的应用价值。

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