低温等离子体处理引入官能团-快盈47

低温等离子处理引入官能团

自20世纪70年代以来，等离子体处理已成为一种广受关注的有效的表面蚀刻或引入官能团的方法，其优势是可以在不改变整体特性的情况下调节材料的表面特性，可以灵活选择目标官能团，大大减少了处理时间，操作简便、环保。

低温等离子体在改性中的作用主要分为以下三个方面：对材料表面的刻蚀作用，交联的产生，官能团的引入。

官能团的引入

放电气体为活泼气体，材料表面先被活化，活性粒子与表面发生复杂的化学反应引入特定的官能团，如羟基-OH，氨基-NH2，羧基-COOH，酞胺基-CONH等。

等离子体处理引入官能团

低温等离子体表面处理

低温等离子体处理材料表面时产生高能粒子和光辐射轰击材料表面，对材料表面产生刻蚀作用的同时使化学键发生断裂生成自由基，这些自由基之间会发生相互交联作用并重新键合成网状结构，从而改善材料表面性能。低温等离子体表面处理主要使用的是非聚合性的无机气体，包括反应气体和非反应气体。非反应气体主要包括He、Ar等惰性气体。反应气体主要包括O₂、N₂、CO₂、CO、H₂0、NH₃、SO₂等无机气体或易挥发的无机化合物。

低气压等离子体处理设备改性材料示意图

非反应气体等离子表面处理
非反应气体处理材料时气体本身不会进入材料表面参与反应，而是被电离成等离子体后以粒子的形式轰击材料表面，对材料表面进行刻蚀以提高其表面能，被活化的材料表面产生了许多自由基，自由基之间交联形成网状结构改变了材料性能。

反应气体等离子表面处理
低温等离子体表面处理法中反应气体对材料的改性效果显著，宏观上可以提高材料的表面润湿性、粗糙度、黏结强度等，微观上可以提高细胞的蛋白吸附、细胞附着、细胞增殖和分化等。运用低温等离子体反应气体处理材料表面时不仅对材料表面有刻蚀作用，电离的气体还会与材料表面分子键结合引入-COOH、-SO₃、-NH₂、-OH等活性基团，从而改善材料性能。

例如氧等离子体处理可以在材料表面引入含氧官能团
氧等离子体处理能增加材料表面含氧官能团的数量，O-H、C=O和C-O等含氧极性官能团的增加，这有利于提高材料表面的亲水性能，进而使材料的润湿性提高，从而对后续无论是粘接还是印刷镀膜等工艺都有很大提升。

材料经过氧等离子体处理后变化示意图

低温等离子体处理利用氧、氮、四氟化碳等气体在材料表面引入含氧、氮、氟官能团的方式，一方面可以改变材料的表面化学性质，另一方面又能重塑材料的表面物理结构，展现出了该技术独有的优势。