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“等离子体”的物理定义是指低气压放电产生的电离气体，正负电荷密度基本相等，可以存在于非常广泛的温度和压力范围内。等离子体是由高激发态的原子、分子、离子和自由基组成的，它们是由气体（例如Ar、O2、N2、NH3和H2）在微波、射频（RF）波或高能电子激发下获得的，可以分成高温等离子体和低温等离子体。其中，低温等离子体对材料表面处理应用十分普遍，常用作活化改性等表面处理。

低温等离子体产生的自由基对材料表面有四个主要影响：清除表面的有机污染物、通过烧蚀去除材料以增加表面积或去除弱边界层、交联或分支以增强表面的粘结性和表面活化以改善粘结界面的化学和物理相互作用。这四种效应同时发生，并且取决于处理条件和反应器的设计，这些效应中的一种或多种可能占据主导地位。等离子体处理材料表面可以改变材料表面化学性质，引入活性官能团，如羧基、氨基、甲基和羟基。

等离子体在空间上是中性的，即在给定的体积内正电荷和负电荷的数目相等。然而，离电极或材料表面最近的离子能够被鞘层电压加速到电子伏能量的10%。在等离子体处理过程中，这些加速离子会导致材料表面的化学键断裂，并在其表面产生许多自由基。辉光放电通过电子轰击和光化学过程使分子离解，在产生高密度的气相自由基方面非常有效。并且自由基也可以存在于电子激发态，这种激发态携带的能量要比基态自由基多得多。氧自由基的最低激发态是基态以上220Kcal/mole，这足以破坏任何有机键。

当这些气相自由基（或离子）撞击材料表面时，它们有足够的能量来破坏该表面的键，这导致其表面污染物的分解。这些污染物可以在等离子体中进一步反应，形成可挥发性物质，被真空系统除去。例如利用等离子体作用于金属、玻璃和陶瓷表面，能够使其表面得到清洁，因为等离子体通常是含氧的，能将有机污染物转化成CO、CO2和H2O；对于光学元器件，尤其是腔内激光元器件，有时会利用等离子体清洗，以消除降低其性能的污染物。另外，这种处理方法会导致有机物表面逐渐消融，并在有机物表面形成残留的自由基。它们既可以与自身反应产生表面的交联，也可以与等离子体气体甚至基态分子反应，在表面形成新的化学形态。

通过等离子体处理机处理，材料表面发生多种物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入极性基团，使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能分别得到改善。在适宜的工艺条件下清洗材料表面，使其形态发生显著变化，并引入多种自由基团，使表面由非极性、难粘性转为有一定极性、易粘性和亲水性，有利于粘结、涂覆和印刷。