低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個(gè)至幾十電子伏特,大于聚合物材料的結(jié)合鍵能(幾個(gè)至十幾電子伏特),完全可以破裂有機(jī)大分子的化學(xué)鍵而形成新鍵;但遠(yuǎn)低于高能放射性射線,只涉及材料表面,不影響基體的性能。

處于非熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的低溫等離子體中,電子具有較高的能量,可以斷裂材料表面分子的化學(xué)鍵,提高粒子的化學(xué)反應(yīng)活性(大于熱等離子體),而中性粒子的溫度接近室溫,這些優(yōu)點(diǎn)為熱敏性高分子聚合物表面改性提供了適宜的條件。

選擇適宜的放電方式可獲得不同性質(zhì)和應(yīng)用特點(diǎn)的等離子體,通常,熱等離子體是氣體在大氣壓下電暈放電產(chǎn)生,冷等離子體由低壓氣體輝光放電形成。

熱等離子體裝置是利用帶電體尖端(如刀狀或針狀尖端和狹縫式電極)造成不均勻電場(chǎng),稱電暈放電,使用電壓和頻率、電極間距、處理溫度和時(shí)間對(duì)電暈處理效果都有影響。電壓升高、電源頻率增大,則處理強(qiáng)度大,處理效果好。
但電源頻率過(guò)高或電極間隙太寬,會(huì)引起電極間過(guò)多的離子碰撞,造成不必要的能量損耗;而電極間距太小,會(huì)有感應(yīng)損失,也有能量損耗。處理溫度較高時(shí),表面特性的變化較快、處理時(shí)間延長(zhǎng),極性基團(tuán)會(huì)增多;但時(shí)間過(guò)長(zhǎng),表面則可能產(chǎn)生分解物,形成新的弱界面層。

冷等離子體裝置是在密封容器中設(shè)置兩個(gè)電極形成電場(chǎng),用真空泵實(shí)現(xiàn)一定的真空度,隨著氣體愈來(lái)愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運(yùn)動(dòng)距離也愈來(lái)愈長(zhǎng),受電場(chǎng)作用,它們發(fā)生碰撞而形成等離子體,這時(shí)會(huì)發(fā)出輝光,故稱為輝光放電處理。輝光放電時(shí)的氣壓大小對(duì)材料處理效果有很大影響,另外與放電功率,氣體成分及流動(dòng)速度、材料類型等因素有關(guān)。

不同的放電方式、工作物質(zhì)狀態(tài)及上述影響等離子體產(chǎn)生的因素,相互組合可形成各種低溫等離子體處理設(shè)備。