等离子体(plasma)是一种特殊的物质形式,它在自然界和日常生活中很常见。它由电子、离子、激发态和基态的原子或分子、光子和自由基等组成,总体上呈现出无电荷的状态。它与一般的气体有着不同的成分和特性,所以被认为是除了“固态、液态、气态”之外的另一种物质状态,也就是第四种状态。

等离子体的种类很多,可以根据粒子温度的差异分为两大类:热平衡态和非平衡态。热平衡态是指电子、离子、中性粒子的温度相近,达到热力学平衡的状态。非平衡态是指电子温度远高于离子和中性粒子的温度,也叫低温等离子体。低温等离子体的反应主要包括三个步骤:(1)在低压下通入少量气体,通过辉光放电产生等离子体;(2)激发态粒子不稳定,会分解或碰撞,导致形态变化;(3)生成的自由基极不稳定,会与其他物质发生化学反应,形成新的化合物。低温等离子体表面处理工艺是一种干式工艺,具有节能、无污染、简便、高效等优点。它只作用在材料表面薄层,不影响材料内部结构,在高分子材料表面处理中有广泛应用。

多孔碳材料等离子体处理

等离子处理作为一种对多孔碳材料进行表面改性的技术,受到越来越多的关注。在等离子处理过程中,多孔碳材料的表面会发生缓慢的化学反应,生成一些化学活性点,从而改善碳材料的吸附性能。但是这些化学反应仅仅发生在碳材料表层,而不会改变碳材料整体的性质。可以通过改变等离子气体来使碳材料表面发生氧化反应、还原反应或者不发生反应。根据等离子气体的不同,碳材料表面会生成相应的碱性或酸性官能团。表面酸性官能团的半定量分析显示等离子处理的条件会影响表面官能团的质量和数量。等离子氧化对碳材料的亲水性影响较小,它会减小碳材料的表面积,增大表面酸性官能团的浓度,进而改进其吸附性能。尤其是放电过程中生成弱酸性官能团对金属离子的吸附会起到非常重要的作用。另外,氮气的等离子处理会明显的改变碳材料表面的含氧官能团的分布,而且还会使芳香环中引入更多的氮原子。

相较于传统的改性方式,低温等离子体处理技术是一种干式反应,不使用溶剂,避免了湿法工艺中产生的废料、废液对环境造成的二次污染,是一种高效、节能的绿色改性技术。