等离子体说白了就是被电离的气体。当气体分子受到加热、外加电场或者辐射等能量刺激时,就会分解电离,变成电子、离子、原子、分子和自由基等粒子的混合体。虽然等离子体里带电粒子很多,但正负电荷数量相等,整体上还是电中性的,所以叫等离子体。
这种等离子体化学活性特别强,很容易跟固体表面起反应。工业上就利用这个特性来清除物体表面的脏东西。
现在常用的低温等离子体清洗,能量大概几十电子伏特。它能洗干净东西是因为里面带电的离子、电子,还有活泼的中性原子甚至紫外线,都能跟材料表面的污染物发生反应,把脏东西去掉。根据等离子体的化学性质,清洗方式主要分两种:
一种是物理清洗,用惰性气体放电产生的等离子体里的中性粒子轰击材料表面。这些粒子不会跟材料发生化学反应,就是靠撞击把脏东西打下来。
另一种是化学清洗,靠活性粒子(离子、电子、中性粒子等)跟材料表面发生化学反应,把表面的杂质分解掉。具体来说:电子撞到物体表面,能把吸附的气体分子打散;带正电的离子在电场作用下加速冲向带负电的表面,把附着的颗粒物撞飞,这叫溅射。
跟激光、高能射线比,低温等离子体能量小得多,所以清洗时不会伤到材料本身。
低温等离子体清洗比传统方法有三大优势:
1. 洗完后材料直接就是干的,不用再专门烘干,可以直接进行下一步加工。
2. 传统化学清洗用的溶剂往往有毒有害,废液处理不好会污染环境。等离子体清洗完全绿色环保。
3. 不挑材料,金属、半导体、氧化物、高分子材料都能洗,连复杂结构也能处理,还不会损伤表面。
现在这种环保的清洗技术已经广泛应用在电子元件制造、陶瓷外壳处理、微波管生产、LED封装和发动机零件粘结等工业领域。
(配图说明:低温等离子体清洗原理示意图,展示电子和离子与材料表面的相互作用过程)