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等離子體（plasma）又稱為物質(zhì)的第四態(tài)，它是氣體在高壓電場中被電離，產(chǎn)生帶電正粒子、負(fù)粒子，其中包括正離子、負(fù)離子、電子、自由基和各種活性基團(tuán)組成的集合體。材料表面plasma處理它是利用等離子體中的能量粒子和活性基團(tuán)與材料表面發(fā)生作用，從而達(dá)到改變表面成分的目的。

表面親水性的理論基礎(chǔ)

親水性，即水對固體表面浸潤的過程，從宏觀上來講是液態(tài)的水把固體表面的另一種流體置換的過程，這一過程是固體表面的基本特性。人們?nèi)粘５纳睢⑸a(chǎn)中的許多現(xiàn)象，例如：印刷、印染、涂覆等行業(yè)，人體的關(guān)節(jié)潤滑等，都與水在固體表面的浸潤行為息息相關(guān)。

通常情況下，使用接觸角表征液體對固體表面的潤濕程度，水滴與固體材料表面的接觸角來表征材料表面親疏水程度，材料表面接觸角大于90°為疏水性表面，接觸角小于90°為親水性表面。接觸角為0°為超親水性材料表面，是人們追求最完美的親水性材料；接觸角大于150°為超疏水性材料表面，是最佳疏水性材料。

表面親水性的主要影響因素

當(dāng)浸潤液體確定時，表面浸潤性通常受表面化學(xué)組成以及表面形貌的影響較大。

表面微納結(jié)構(gòu)（粗糙度）

由于水在固體界面的結(jié)構(gòu)與固體和水的界面作用相關(guān)，因此研究表面親水性時必須要考慮表面微納結(jié)構(gòu)對液體浸潤行為的影響。Wenzel模型指出提升表面粗糙度可以增強疏水表面的疏水性。若為親水表面，提升表面粗糙度則表現(xiàn)為親水性增強。

表面的化學(xué)組成

由于極性基團(tuán)，如羥基、羧基、羰基、酰胺基和磺酸基等，都與水分子之間存在或強或弱的相互作用，因此這些基團(tuán)的存在可以使得表面通過強電場誘導(dǎo)的水合作用或氫鍵作用結(jié)合水分子，從而表現(xiàn)出出色的親水性。

Plasma親水處理改性原理

Plasma親水處理是指采用plasma處理聚合物、金屬等材料，以提高材料表面的親水性。等離子體（plasma）中富含高能活性粒子，如電子(能量1eV~10eV)、激發(fā)態(tài)原子或分子(能量0eV~20eV)、光子(能量3eV~40eV)等，這些高能電子及重離子的能量大多高于材料表面C-C(3.45eV)、C-H(4.3eV)、H-CH3(4.48eV).C-O(3.48eV)、C-F(4.69eV)等典型化學(xué)鍵鍵能。因此，采用等離子體（plasma）處理材料表面時，高能電子及重離子可將材料表層分子鏈的化學(xué)鍵打斷，引發(fā)一系列物理化學(xué)反應(yīng)，其中和親水性改性密切相關(guān)的主要包括含氧官能團(tuán)引入、交聯(lián)、刻蝕等。

（1）含氧官能團(tuán)引入

材料表層分子鏈上的化學(xué)鍵被打斷后，打斷位置將出現(xiàn)懸空鍵，形成表面自由基，等離子體（plasma）中的0、-OH等自由基可與材料表面自由基相結(jié)合，形成C-0、C=0等親水性含氧官能團(tuán)，從而提高表面親水性。

（2）交聯(lián)

材料表層分子鏈上的表面自由基除可與等離子體（plasma）自由基結(jié)合生成新基團(tuán)外，還可和其他表面自由基相互作用，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。交聯(lián)抑制了改性后分子鏈的遷移，有助于親水性的保持。

(3) 刻蝕

等離子體（plasma）對材料的刻蝕包括物理刻蝕和化學(xué)刻蝕。物理刻蝕的主要作用機理為高能重離子轟擊表面產(chǎn)生的濺射效應(yīng);化學(xué)刻蝕的主要作用機理為強氧化性粒子與表面物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成氣體并揮發(fā)。刻蝕可生成微觀粗糙結(jié)構(gòu)，結(jié)合引入的含氧基團(tuán)，進(jìn)一步提高材料的親水性。

綜上說述：Plasma處理可快速提高多種材料表面的親水性，plasma親水處理原理，主要為等離子處理材料表面時，可以提高材料表面粗糙度，和在材料表面引入親水極性基團(tuán)；另外，plasma親水處理后表面在放置過程中會逐漸回復(fù)至原有親水性，這一親水回復(fù)現(xiàn)象被稱為plasma處理改性的時效性。