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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子;處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(tuán)(自由基);離子化的原子、分子;分子解離反應(yīng)過程中生成的紫外線;未反應(yīng)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(jī)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(yīng)。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(dá)到去除物體表面污漬"的目的。

就反應(yīng)機(jī)理來看，等離子體清洗通常包括以下過程:無機(jī)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(tuán)與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子;產(chǎn)物分子解析形成氣相;反應(yīng)殘余物脫離表面。

3、反應(yīng)類型分類

等離子體與固體表面發(fā)生反應(yīng)可以分為物理反應(yīng)(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(xué)反應(yīng)。

物理反應(yīng)機(jī)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(xué)反應(yīng)機(jī)制是各種活性的粒子和污染物反應(yīng)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(yīng)為主的等離子體清洗，其優(yōu)點(diǎn)在于本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，清潔表面不會(huì)留下任何的氧化物，可以保持被清洗物的化學(xué)純凈性;缺點(diǎn)就是對表面產(chǎn)生了很大的損害，會(huì)產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)，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(xué)反應(yīng)為主的等離子體清洗的優(yōu)點(diǎn)是清洗速度較高、選擇性好、對清除有機(jī)污染物比較有效，缺點(diǎn)是會(huì)在表面產(chǎn)生氧化物。和物理反應(yīng)相比較，化學(xué)反應(yīng)的缺點(diǎn)不易克服。

并且兩種反應(yīng)機(jī)制對表面微觀形貌造成的影響有顯著不同，物理反應(yīng)能夠使表面在分子級(jí)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(yīng)機(jī)制中物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)都起重要作用，即反應(yīng)離子腐蝕或反應(yīng)離子束腐蝕，兩種清洗可以互相促進(jìn)，離子轟擊使被清洗表面產(chǎn)生損傷削弱其化學(xué)鍵或者形成原子態(tài)，容易吸收反應(yīng)劑，離子碰撞使被清洗物加熱，使之更容易產(chǎn)生反應(yīng);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(yīng)，而是通過離子轟擊使表面清潔。典型的等離子體化學(xué)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?xì)浠衔锇l(fā)生反應(yīng)，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(shè)備包括一個(gè)反應(yīng)腔室、電源和真空泵組。樣品放置反應(yīng)腔室內(nèi)，真空泵開始抽氣至一定的真空度，電源啟動(dòng)便產(chǎn)生!等離子體，然后氣體通入到反應(yīng)腔室，使腔室中的等離子體變成反應(yīng)等離子體，這些等離子體與樣品表面發(fā)生反應(yīng)，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(xué)反應(yīng), 可以實(shí)現(xiàn)對材料表面進(jìn)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(jìn)行改良的目的。

等離子清洗設(shè)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(huì)產(chǎn)生刻蝕作用，將樣品表面變粗糙，形成許多微細(xì)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(xué)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(tuán)–化學(xué)作用

如果放電氣體中引入反應(yīng)性氣體，那么在活化的材料表面會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，引入新的官能團(tuán)，如烴基、氨基、羧基等，這些官能團(tuán)都是活性基團(tuán)，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(yīng);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(dá)因值的測量在印刷、涂層、覆膜、焊接等應(yīng)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(dá)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(jī)應(yīng)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(qiáng)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(jìn)行涂覆、鍍等操作，增強(qiáng)粘合力、鍵合力，同時(shí)去除有機(jī)污染物、油污或油脂。
等離子清洗機(jī)目前廣泛應(yīng)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(jī)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(jī)械行業(yè)金屬零部件的細(xì)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。