Plasma亲水处理改性原理

等离子体（plasma）又称为物质的第四态，它是气体在高压电场中被电离，产生带电正粒子、负粒子，其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团组成的集合体。材料表面plasma处理它是利用等离子体中的能量粒子和活性基团与材料表面发生作用，从而达到改变表面成分的目的。

亲水性，即水对固体表面浸润的过程，从宏观上来讲是液态的水把固体表面的另一种流体置换的过程，这一过程是固体表面的基本特性。人们日常的生活、生产中的许多现象，例如：印刷、印染、涂覆等行业，人体的关节润滑等，都与水在固体表面的浸润行为息息相关。

通常情况下，使用接触角表征液体对固体表面的润湿程度，水滴与固体材料表面的接触角来表征材料表面亲疏水程度，材料表面接触角大于90°为疏水性表面，接触角小于90°为亲水性表面。接触角为0°为超亲水性材料表面，是人们追求最完美的亲水性材料；接触角大于150°为超疏水性材料表面，是最佳疏水性材料。

当浸润液体确定时，表面浸润性通常受表面化学组成以及表面形貌的影响较大。

表面微纳结构（粗糙度）

由于水在固体界面的结构与固体和水的界面作用相关，因此研究表面亲水性时必须要考虑表面微纳结构对液体浸润行为的影响。Wenzel模型指出提升表面粗糙度可以增强疏水表面的疏水性。若为亲水表面，提升表面粗糙度则表现为亲水性增强。

表面的化学组成

由于极性基团，如羟基、羧基、羰基、酰胺基和磺酸基等，都与水分子之间存在或强或弱的相互作用，因此这些基团的存在可以使得表面通过强电场诱导的水合作用或氢键作用结合水分子，从而表现出出色的亲水性。

Plasma亲水处理是指采用plasma处理聚合物、金属等材料，以提高材料表面的亲水性。等离子体（plasma）中富含高能活性粒子，如电子(能量1eV~10eV)、激发态原子或分子(能量0eV~20eV)、光子(能量3eV~40eV)等，这些高能电子及重离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)等典型化学键键能。因此，采用等离子体（plasma）处理材料表面时，高能电子及重离子可将材料表层分子链的化学键打断，引发一系列物理化学反应，其中和亲水性改性密切相关的主要包括含氧官能团引入、交联、刻蚀等。

（1）含氧官能团引入

材料表层分子链上的化学键被打断后，打断位置将出现悬空键，形成表面自由基，等离子体（plasma）中的0、-OH等自由基可与材料表面自由基相结合，形成C-0、C=0等亲水性含氧官能团，从而提高表面亲水性。

（2）交联

材料表层分子链上的表面自由基除可与等离子体（plasma）自由基结合生成新基团外，还可和其他表面自由基相互作用，发生交联反应。交联抑制了改性后分子链的迁移，有助于亲水性的保持。

(3) 刻蚀

等离子体（plasma）对材料的刻蚀包括物理刻蚀和化学刻蚀。物理刻蚀的主要作用机理为高能重离子轰击表面产生的溅射效应;化学刻蚀的主要作用机理为强氧化性粒子与表面物质发生化学反应后生成气体并挥发。刻蚀可生成微观粗糙结构，结合引入的含氧基团，进一步提高材料的亲水性。

综上说述：Plasma处理可快速提高多种材料表面的亲水性，plasma亲水处理原理，主要为等离子处理材料表面时，可以提高材料表面粗糙度，和在材料表面引入亲水极性基团；另外，plasma亲水处理后表面在放置过程中会逐渐回复至原有亲水性，这一亲水回复现象被称为plasma处理改性的时效性。