【非标仪器设备】等离子体材料表面改性的方法和原理

       DBD材料改性的方法主要有两种，一种是将需要改性的材料直接放入DBD放电空间进行处理，另一种是用强气流将等离子体从放电空间吹出到材料表面进行处理。 

     相比较而言，第一种具有能量密度高的特点，实验室设备定制可以对材料表面进行直接改性处理，是比较普遍的一种方式。但这种方式若控制不当，能量密度过高会存在灼伤材料表面的风险。第二种方式可以避免能量密度过高的风险，也可以处理形状较为复杂的材料，但由于喷射出来的等离子体原理能量场，可能会因为能量密度过低造成改性效果不理想。

    材料表面改性需要通过断开或者激活材料表面的化学键并形成新的化学键才能实现。DBD放电空间的气体电离后，放电空间发生物理化学过程而产生大量的活性粒子为材料表面改性提供了条件，可以和材料表面相互作用使其材料表面发生氧化、刻蚀、裂解、交联和聚合等各种物理化学反应，从而使材料表面优化，提高他们的应用价值。

    DBD等离子体表面改性是等离子体与材料表面相互作用的过程，这其中包括等离子体物理和等离子体化学两个过程。这其中材料表面改性的机理可解释为：等离子体中各种活性离子撞击材料表面，在交换能量过程中引发大分子自由基进一步反应，在材料表面引入新的基团并脱去小分子，实验室设备定制该过程导致材料表面性能提高。研究表明，DBD等离子体材料表面改性后，材料表面主要发生四种物理化学变化：

    ①产生自由基。放电空间活性粒子撞击材料表面，使表面分子化学键被打开，从而产生大分子自由基，使材料表面具有反应活性；

 ②发生表面刻蚀。材料表面变粗糙，表面形状发生变化；

 ③发生表面交联。材料表面的自由基之间重新结合形成一层致密的网状交联层；

 ④引入极性基团。表面的自由基和DBD放电空间活性粒子结合从而引入具有较强反应活性的极性基团。

  DBD等离子体刻蚀是利用DBD放电空间的高能粒子轰击材料表面，使表面产生凹凸，表面形状发生变化。刻蚀后气表面粗糙度增加，从而粘附性、吸湿性特性增强。一般可通过采用惰性气体等非反应性气体来使材料表面获得良好的刻蚀效果。由于刻蚀过程是一个物理过程，刻蚀所产生的表面极性基团易与外接发生反应而失去活性。因此表面刻蚀后的表面性能变化往往是不稳定的，会随着时间的推移而减弱，称之为老化效应。DBD等离子体化学改性是通过放电等离子体与材料表面相互作用而在表面引入功能基团，从而得到材料表面特性和原有功能不同的表面状态。功能性基团的产生是DBD放电自由空间自由基与材料表面发生化学反应的结果，因此自由基在DBD表面改性中起着重要的作用。实验室设备定制一般可通过采用不同类型的气体来控制DBD等离子体化学改性。例如，采用空气进行材料改性，可在材料表面引入亲水性基团，从而使材料表面的水触角降低，亲水性增强。DBD材料处理产生表面交联是通过DBD放电等离子体与材料表面相互作用使其表面化学键断裂，在材料表面产生的大分子自由基之间重新结合生成一种致密的网状交联层的过程。与此同时，材料表面还存在裂解反应，这两个过程在材料表面达到动态平衡。交联多用来提高材料表面的表面能，改善亲水性、憎水性、粘结性和阻燃性等表面特性。