等离子体是1879年被科学家克鲁克斯发现的物质第四种状态，跟固体、液体、气体都不一样。它里面既有带负电的自由电子，又有带正电的离子，但整体上还是保持电中性。按照电子温度来分，等离子体可以分为高温和低温两种。

我们平时用来做材料表面处理的主要是低温等离子体。它里面除了电子和离子，还有很多分子、原子和自由基这些中性粒子。这些粒子之间会产生各种复杂的反应，生成很多普通化学反应搞不出来的高活性物质。这些活性物质特别容易跟材料表面发生反应，能产生意想不到的效果。

用低温等离子体处理材料表面时，会发生很多物理和化学变化，比如沉积、刻蚀、交联、引入新的官能团等等。这些变化能让材料的亲水性、粘接性、生物相容性这些性能得到明显提升。

低温等离子体表面改性技术说白了就是利用低温等离子体对材料表面进行改造。它里面含有大量活性粒子，包括离子、电子、激发态分子等等。这些粒子的能量比材料表面化学键的能量还要高，能把材料表面的化学键打断，然后跟其他活性基团重新组合成新的化学键。不过这些能量还不足以深入到材料内部，只能在表面几纳米到几百纳米的深度起作用。

具体来说，低温等离子体对材料表面主要有三种作用：

第一种是表面刻蚀。等离子体会跟材料表面成分发生反应，生成一些挥发性物质，把材料表面一层层"啃"掉。这样材料表面就会变得粗糙，出现裂纹，原来的化学键断裂后会形成新的自由基。这种刻蚀作用让材料表面变得凹凸不平，表面积变大，材料的润湿性能就变好了。

第二种是产生交联结构。如果用惰性气体来产生等离子体，里面的高能粒子会轰击材料表面，把化学键打断形成自由基。因为用的是惰性气体，这些自由基没法跟气体反应，只能跟材料表面的物质结合，最后形成网状的交联结构。在这个过程中，有些单键会断裂形成双键，这样材料表面的力学性能就会得到改善。

第三种是引入官能团。如果用容易跟材料反应的气体来放电，这些气体会跟被处理的材料表面发生复杂的化学反应，在表面引入新的官能团，比如氨基、羧基、烃基、酚酞基等等。这些基团亲水性特别强，材料表面引入的基团越多，亲水性就越好，吸湿能力也越强，表面活性也会明显提高。

低温等离子体表面改性技术最大的优点就是只改变材料表面性能，不会影响材料本身的成分和主要性能。而且这种技术能耗低、污染小、效率高、适用性广，现在已经在金属加工、半导体材料、高分子聚合物、生物医药、航空航天等很多领域得到了广泛应用。