自然界中的物质主要有固体、液体、气体三种常见状态,但其实宇宙中最多的是等离子体状态。这几种状态可以互相转换:给固体加热会让粒子间距变大变成液体,继续加热液体就会变成气体。如果再给气体通电,气体分子外围的电子就会挣脱束缚变成自由电子。这些自由电子在电场里乱窜,撞上气体分子和原子后会产生带电的离子和电子,这种混合带电粒子的状态就是等离子体。
现在有一种叫低温等离子体的技术特别实用,它能在正常气压或者真空环境下处理各种材料表面。这种技术最厉害的是处理过程很温和,不会产生有毒气体,目前已经取得了不少研究成果。
低温等离子体改性的原理其实很有意思:它利用放电产生的等离子体里那些带电粒子(包括电子、离子等)去轰击材料表面。这些粒子带着能量撞上去,因为能量比材料分子间的结合力还大,能把材料表面的分子键打断。被打断的键会跟等离子体里的活性基团重新组合,这样就能在材料表面接上我们想要的官能团。经过这么一折腾,材料表面的样子和性质都会发生变化,获得特殊功能。最常见的操作就是在材料表面接上亲水的氧基、氮基等官能团,这样材料的亲水性、生物相容性都能提高。而且高速粒子还能把材料表面清理得干干净净。
这项技术有六大优势:处理温度低、化学反应活性高、容易控制、操作简单、成本低、环保无污染,最关键的是不会伤到材料本身。所以最近几年在国内外都特别火。不过要注意的是,等离子体处理有个"保质期"问题。因为新接上去的极性基团不太稳定,它们会自己慢慢反应变化,直到表面能量降到最低最稳定的状态。这个"保质期"长短跟很多因素有关,比如处理时的参数设置、材料种类、存放环境等等。