1、什么是等離子體

等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，通常物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)3種狀態(tài)存在，但在一些特殊的情況下可以以第四種狀態(tài)存在，如太陽表面的物質(zhì)和地球大氣中電離層中的物質(zhì)。這類物質(zhì)所處的狀態(tài)稱為等離子體狀態(tài)，又稱為物質(zhì)的第四態(tài)。

等離子體中存在!下列物質(zhì):處于高速運動狀態(tài)的電子;處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(自由基);離子化的原子、分子;分子解離反應過程中生成的紫外線;未反應的分子、原子等，但物質(zhì)在總體上仍保持電中性狀態(tài)。

2、等離子體清洗的機理

由于等離子體中的電子、離子和自由基等活性粒子的存在，其本身很容易與固體表面發(fā)生反應。等離子體清洗主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達到去除物體表面污漬"的目的。

就反應機理來看，等離子體清洗通常包括以下過程:無機氣體被激發(fā)為等離子態(tài);氣相物質(zhì)被吸附在固體表面;被吸附基團與固體表面分子反應生成產(chǎn)物分子;產(chǎn)物分子解析形成氣相;反應殘余物脫離表面。

3、反應類型分類

等離子體與固體表面發(fā)生反應可以分為物理反應(離子轟--90°，則固體表面是親水性的，其角越小，表示潤濕性越好；若θ--><擊)和化學反應。

物理反應機制是活性粒子轟擊待清洗表面，使污染物脫離表面最終被真空泵吸走;化學反應機制是各種活性的粒子和污染物反應生成易揮發(fā)性的物質(zhì)，再由真空泵吸走揮發(fā)性的物質(zhì)。

以物理反應為主的等離子體清洗，其優(yōu)點在于本身不發(fā)生化學反應，清潔表面不會留下任何的氧化物，可以保持被清洗物的化學純凈性;缺點就是對表面產(chǎn)生了很大的損害，會產(chǎn)生很大的熱效應，對被清洗表面的各種不同物質(zhì)選擇性差，腐蝕速度較低。

以化學反應為主的等離子體清洗的優(yōu)點是清洗速度較高、選擇性好、對清除有機污染物比較有效，缺點是會在表面產(chǎn)生氧化物。和物理反應相比較，化學反應的缺點不易克服。

并且兩種反應機制對表面微觀形貌造成的影響有顯著不同，物理反應能夠使表面在分子級范圍內(nèi)變得更加“粗糙”，從而改變表面的粘接特性。

還有一種等離子體清洗是表面反應機制中物理反應和化學反應都起重要作用，即反應離子腐蝕或反應離子束腐蝕，兩種清洗可以互相促進，離子轟擊使被清洗表面產(chǎn)生損傷削弱其化學鍵或者形成原子態(tài)，容易吸收反應劑，離子碰撞使被清洗物加熱，使之更容易產(chǎn)生反應;其效果是既有較好的選擇性、清洗率、均勻性，又有較好的方向性。

典型的等離子體物理清洗工藝是氬氣等離子體清洗。氬氣本身是惰性氣體，等離子體的氬氣不和表面發(fā)生反應，而是通過離子轟擊使表面清潔。典型的等離子體化學清洗工藝是氧氣等離子體清洗。通過等離子體產(chǎn)生的氧自由基非?；顫?，容易與碳氫化合物發(fā)生反應，產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳和水等易揮發(fā)物，從而去除表面的污染物。

真空等離子清洗工作原理：

真空等離子清洗設備包括一個反應腔室、電源和真空泵組。樣品放置反應腔室內(nèi)，真空泵開始抽氣至一定的真空度，電源啟動便產(chǎn)生!等離子體，然后氣體通入到反應腔室，使腔室中的等離子體變成反應等離子體，這些等離子體與樣品表面發(fā)生反應，生產(chǎn)可揮發(fā)的副產(chǎn)物，并由真空泵抽出。利用等離子高能粒子與材料表面發(fā)生物理和化學反應, 可以實現(xiàn)對材料表面進行激活、蝕刻、除污等工藝處理, 以及對材料的摩擦因數(shù)、粘合和親水等各種表面性能進行改良的目的。

等離子清洗設備示意圖

1）對材料表面的刻蝕作用–物理作用

等離子體中的大量離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子，作用到固體樣品表面，不但清除了表面原有的污染物和雜質(zhì)，而且會產(chǎn)生刻蝕作用，將樣品表面變粗糙，形成許多微細坑洼，增大了樣品的比表面。提高固體表面的潤濕性能。

2）激活鍵能，交聯(lián)作用

等離子體中的粒子能量在0~20eV，而聚合物中大部分的鍵能在0~10eV，因此等離子體作用到固體表面后，可以將固體表面的原有的化學鍵產(chǎn)生斷裂，等離子體中的自由基與這些鍵形成網(wǎng)狀的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，大大地激活了表面活性。

3）形成新的官能團–化學作用

如果放電氣體中引入反應性氣體，那么在活化的材料表面會發(fā)生復雜的化學反應，引入新的官能團，如烴基、氨基、羧基等，這些官能團都是活性基團，能明顯提高材料表面活性。

等離子清洗是利用等離子體內(nèi)的各種具有高能量的物質(zhì)的活化作用, 將附著在物體表面的污垢徹底剝離去除。下面以氧氣等離子體去除物體表面油脂污垢為例, 說明這些作用。等離子體對油脂污"垢的作用, 類似于使油脂污垢發(fā)生燃燒反應;但不同之處是其在低溫情況下發(fā)生的“燃燒”。其基本原理:在氧氣等離子體中的氧原子自由基、激發(fā)態(tài)的氧氣分子、電子以及紫外線的共同作用下, 油脂分子最終被氧化成水和二氧化碳分子, 并從物體表面被清除。

等離子處理前后對比：

液體在固體材料表面上的接觸角, 是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數(shù)，若θ<90°，則固體表面是親水性的，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的。<">達因值的測量在印刷、涂層、覆膜、焊接等應用非常常見，可反映出材料表面容不容易結(jié)合，一般而言，達因值越大，表面與另一種材料的結(jié)合性能越佳。

等離子清洗機應用范圍：

1．等離子表面活化/清洗；2.等離子處理后粘合;3. 等離子蝕刻/活化;?4. 等離子去膠;?5. 等離子涂鍍(親水,疏水); 6. 增強綁定性；7.等離子涂覆；8.等離子灰化和表面改性等場合。

通過其處理，能夠改善材料表面的浸潤能力，使多種材料能夠進行涂覆、鍍等操作，增強粘合力、鍵合力，同時去除有機污染物、油污或油脂。
等離子清洗機目前廣泛應用在電子，通信，汽車，紡織，生物醫(yī)藥等方面。如電子產(chǎn)品中，LCD/OLED屏的涂覆處理、PC塑膠框粘結(jié)前處理，機殼及按鍵鈕等結(jié)構(gòu)件的表面噴油絲印、PCB表面的除膠除污清潔、鏡片膠水粘貼前的處理、電線、電纜噴碼前的處理，汽車工業(yè)車燈罩、剎車片、車門密封膠條的粘貼前的處理；機械行業(yè)金屬零部件的細微無害清潔處理，鏡片鍍涂前的處理，各種工業(yè)材料之間接合密封前的處理，三維物體表面的改性處理…等等。