物质的第四态

在日常生活中,我们接触到的物质通常为固态、液态和气态。但等离子态却鲜为人知,即所谓的物质第四态,因为宇宙中99%的可见物质都以该状态存在。而更鲜为人知的是等离子可以通过人为方式产生,用途十分广泛。作为材料清洗和表面预处理领域的“多面手”,为后续粘接、喷涂、印刷或镀膜等工艺提供无限潜能,使其成为众多行业乃至加工过程中不可或缺的工艺环节,如汽车工程、电动交通、运输、电子制造、包装技术、消费品、生命科学、纺织品和新能源。

 

本页面中的主题: 

什么是等离子?   表面等离子  等离子的特性

表面改性  工业等离子预处理  了解更多 

究竟什么是等离子?

物态是指物质在一定温度和压强条件下所处的状态。随着温度的升高,原子之间的键级就会变得不太稳定。物质可以从一种状态变化到另一种状态:如固态变成液态,以及液态变成气态。如果气体获得足够多能量,它将释放电子形成正离子。等离子是一种由离子、自由电子、激发态分子、自由基和分子碎片组成的电离气体。宇宙中充满了等离子。

等离子几乎是所有可见物质的存在形式:太阳、气体云、恒星和星系。在自然界,我们可以观测到等离子现象 ,如北极光。当地球大气层中的空气分子在太阳风等离子的激发下,会绽放出绿色、蓝色、红色和紫色等多彩光芒。火花、闪电和火焰中也都有等离子的存在。另外,它还可以在实验室中通过圆柱形或管状腔室中的高强度气体放电人工产生。放电产生的高温会蒸发所有物质并电离中性原子和分子,从而形成离子和自由电子。

表面等离子体:新特性数不胜数

等离子体是一种能级高但又不稳定的物质,其特点在于具有高导电性。从化学的角度来看,等离子体的反应活性极强,可以与表面、液体或微生物发生相互作用。当它接触到塑料、玻璃或金属等固体材料时,会改变表面能,如让表面从疏水性变为亲水性。因此,附着性和润湿性等重要的表面性能发生变化, 这样,便可以在工业中使用全新(甚至非极性)材料,以及无溶剂(不含挥发性有机化合物)环保涂料和胶粘剂。如今,许多化学表面处理工艺都能够被等离子体处理技术所取代:借助等离子体技术,可以实现表面环保预处理,无需任何溶剂(VOC),也不会产生CO2 。该技术让使用化学品、底漆或附着力促进剂的日子一去不复返。

怎样表征等离子?

能够体现等离子特征的可进行测量变量包括电子的温度,以及在紫外和可见光范围内被激发的物质粒子的辐射情况。

常压下要在对温度十分敏感的塑料表面进行预处理而不造成损伤的唯一方法,是使用较高的电子温度和较低的离子温度。

可以使用光学发射光谱(OES)对等离子体能量释放而发出的光进行探测。要实现这一检测,等离子体中被激发的在可见光、尤其是紫外线范围之内的物质的特征发射光谱,会通过光纤传输到用于检测的电子设备,并使用专用软件作进一步处理。Plasmatreat系统的工艺监控部件根据这一光学监测的原理进行运作。这样可以保证整个等离子处理过程中稳定均匀的效果。

能量释放:物质由等离子体态转变成为基本状态。在此过程中,之前提供的激发能量将以光的形式释放到周围环境中。

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等离子与材料表面碰撞,会产生“意想不到”新特性

等离子是一种能级高但又不稳定的物质,其特点在于具有高导电性。从化学的角度来看,等离子体的反应活性极强,可以与表面、液体或微生物发生相互作用。当它接触到塑料或金属等固体材料时,施加的等离子体能量会改变这类表面的重要特性,如表面能。

 

等离子表面改性方法可以被有针对性地加以利用:

金属和玻璃的超细清洗示例: 当用等离子轰击金属或玻璃表面时,可实现超细清洗。哪怕是最敏感的表面,也能彻底清除不需要的物质。等离子精细清洗技术甚至可以在处理过的基材上去除最细微的灰尘颗粒。鉴于纳米结构的物化作用,通过这种方式能够精准地调控表面性质,为后续加工创造最佳先决条件。在粘接、镀膜、上光或印刷之前对表面进行精细清洗,从而得以使用如今的无溶剂或水性系统。完全省去了采用化工底涂或机械工艺(如刷光)进行额外预处理的必要。也就是说,可以避免在生产过程中排放挥发性有机化合物(VOC)。常压等离子清洗技术属于一种干式清洗工艺。其应用于工业流程的优势在于,经该工艺处理完的所有材料可以立即进入下一道加工工序,因而大大节省了时间。

 

塑料表面活化和改善润湿性的示例: 当等离子预处理技术被运用到各种塑料上时,可以改变材料表面的性质。它会在大多数非极性塑料的表面引入含氧和含氮基团,显著增加表面能,即我们所说的表面活化作用。同时还大大提高了基材的润湿性,从而增强附着力。与传统预处理工艺(如火焰处理或使用对环境有害的化学品)相比,在等离子预处理过的表面上施用胶粘剂、涂料或清漆,其粘附性和耐久性更佳。

等离子表面改性应用广泛:

等离子清洗

等离子超精细清洗技术能够去除基材上最细微的灰尘颗粒。鉴于纳米结构的物化作用,可以精准地调控表面性质,为后续加工创造最佳先决条件。

等离子活化

用等离子预处理不同的塑料也可改变其表面性质。当等离子轰击表面时,会在大多数非极性塑料上引入含氧和含氮基团。

等离子镀膜

在表面上形成超薄涂层是等离子体技术应用的另一大领域。有机硅化合物以前驱物的形式被添加至等离子中,沉积到材料表面。

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