1、什么是等离子体

等离子体是物质的一种存在状态，通常物质以固态、液态、气态3种状态存在，但在一些特殊的情况下可以以第四种状态存在，如太阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态，又称为物质的第四态。

等离子体中存在!下列物质:处于高速运动状态的电子;处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子;分子解离反应过程中生成的紫外线;未反应的分子、原子等，但物质在总体上仍保持电中性状态。


2、等离子体清洗的机理

由于等离子体中的电子、离子和自由基等活性粒子的存在，其本身很容易与固体表面发生反应。等离子体清洗主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到去除物体表面污渍"的目的。

就反应机理来看，等离子体清洗通常包括以下过程:无机气体被激发为等离子态;气相物质被吸附在固体表面;被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子;产物分子解析形成气相;反应残余物脱离表面。

3、反应类型分类

等离子体与固体表面发生反应可以分为物理反应(离子轰--90°，则固体表面是亲水性的，其角越小，表示润湿性越好；若θ--><击)和化学反应。

物理反应机制是活性粒子轰击待清洗表面，使污染物脱离表面最终被真空泵吸走;化学反应机制是各种活性的粒子和污染物反应生成易挥发性的物质，再由真空泵吸走挥发性的物质。

以物理反应为主的等离子体清洗，其优点在于本身不发生化学反应，清洁表面不会留下任何的氧化物，可以保持被清洗物的化学纯净性;缺点就是对表面产生了很大的损害，会产生很大的热效应，对被清洗表面的各种不同物质选择性差，腐蚀速度较低。

以化学反应为主的等离子体清洗的优点是清洗速度较高、选择性好、对清除有机污染物比较有效，缺点是会在表面产生氧化物。和物理反应相比较，化学反应的缺点不易克服。

并且两种反应机制对表面微观形貌造成的影响有显著不同，物理反应能够使表面在分子级范围内变得更加“粗糙”，从而改变表面的粘接特性。

还有一种等离子体清洗是表面反应机制中物理反应和化学反应都起重要作用，即反应离子腐蚀或反应离子束腐蚀，两种清洗可以互相促进，离子轰击使被清洗表面产生损伤削弱其化学键或者形成原子态，容易吸收反应剂，离子碰撞使被清洗物加热，使之更容易产生反应;其效果是既有较好的选择性、清洗率、均匀性，又有较好的方向性。

典型的等离子体物理清洗工艺是氩气等离子体清洗。氩气本身是惰性气体，等离子体的氩气不和表面发生反应，而是通过离子轰击使表面清洁。典型的等离子体化学清洗工艺是氧气等离子体清洗。通过等离子体产生的氧自由基非常活泼，容易与碳氢化合物发生反应，产生二氧化碳、一氧化碳和水等易挥发物，从而去除表面的污染物。

真空等离子清洗工作原理：

真空等离子清洗设备包括一个反应腔室、电源和真空泵组。样品放置反应腔室内，真空泵开始抽气至一定的真空度，电源启动便产生!等离子体，然后气体通入到反应腔室，使腔室中的等离子体变成反应等离子体，这些等离子体与样品表面发生反应，生产可挥发的副产物，并由真空泵抽出。利用等离子高能粒子与材料表面发生物理和化学反应, 可以实现对材料表面进行激活、蚀刻、除污等工艺处理, 以及对材料的摩擦因数、粘合和亲水等各种表面性能进行改良的目的。

等离子清洗设备示意图

1）对材料表面的刻蚀作用–物理作用

等离子体中的大量离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子，作用到固体样品表面，不但清除了表面原有的污染物和杂质，而且会产生刻蚀作用，将样品表面变粗糙，形成许多微细坑洼，增大了样品的比表面。提高固体表面的润湿性能。

2）激活键能，交联作用

等离子体中的粒子能量在0~20eV，而聚合物中大部分的键能在0~10eV，因此等离子体作用到固体表面后，可以将固体表面的原有的化学键产生断裂，等离子体中的自由基与这些键形成网状的交联结构，大大地激活了表面活性。


3）形成新的官能团–化学作用

如果放电气体中引入反应性气体，那么在活化的材料表面会发生复杂的化学反应，引入新的官能团，如烃基、氨基、羧基等，这些官能团都是活性基团，能明显提高材料表面活性。


等离子清洗是利用等离子体内的各种具有高能量的物质的活化作用, 将附着在物体表面的污垢彻底剥离去除。下面以氧气等离子体去除物体表面油脂污垢为例, 说明这些作用。等离子体对油脂污"垢的作用, 类似于使油脂污垢发生燃烧反应;但不同之处是其在低温情况下发生的“燃烧”。其基本原理:在氧气等离子体中的氧原子自由基、激发态的氧气分子、电子以及紫外线的共同作用下, 油脂分子最终被氧化成水和二氧化碳分子, 并从物体表面被清除。

等离子处理前后对比：

液体在固体材料表面上的接触角, 是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数，若θ<90°，则固体表面是亲水性的，其角越小，表示润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的。<">达因值的测量在印刷、涂层、覆膜、焊接等应用非常常见，可反映出材料表面容不容易结合，一般而言，达因值越大，表面与另一种材料的结合性能越佳。


等离子清洗机应用范围：

1．等离子表面活化/清洗；2.等离子处理后粘合;3. 等离子蚀刻/活化;?4. 等离子去胶;?5. 等离子涂镀(亲水,疏水); 6. 增强绑定性；7.等离子涂覆；8.等离子灰化和表面改性等场合。

通过其处理，能够改善材料表面的浸润能力，使多种材料能够进行涂覆、镀等操作，增强粘合力、键合力，同时去除有机污染物、油污或油脂。
等离子清洗机目前广泛应用在电子，通信，汽车，纺织，生物医药等方面。如电子产品中，LCD/OLED屏的涂覆处理、PC塑胶框粘结前处理，机壳及按键钮等结构件的表面喷油丝印、PCB表面的除胶除污清洁、镜片胶水粘贴前的处理、电线、电缆喷码前的处理，汽车工业车灯罩、刹车片、车门密封胶条的粘贴前的处理；机械行业金属零部件的细微无害清洁处理，镜片镀涂前的处理，各种工业材料之间接合密封前的处理，三维物体表面的改性处理…等等。