单一气体的等离子体化学

等离子体化学：e- + Ar → Ar+ + 2e- （电离）；e- + Ar → Ar* + e- （激发）；Ar* + Ar* → Ar2+ + e- （潘宁电离）。

主要活性物种：Ar+（氩离子）用于物理轰击；Ar*（亚稳态氩）用于能量转移和彭宁电离；电子用于维持放电。

处理效果：纯物理清洁，离子轰击去除表面污染物；表面粗化，低能溅射增加表面粗糙度；无化学反应，不引入新的化学基团；适用于金属清洁、去除氧化层、物理粗化。

特点：处理效果稳定，不随时间改变材料化学组成；不产生臭氧等副产物；成本较高（氩气价格高于空气/氮气）。

等离子体化学：e- + O2 → O2+ + 2e- （电离）；e- + O2 → 2O· + e- （解离）；e- + O2 → O2- （附着）；O· + O2 + M → O3 + M （臭氧生成）。

主要活性物种：O·（氧原子自由基）具有强氧化性，引入含氧官能团；O2+（氧分子离子）用于物理轰击；O3（臭氧）是强氧化剂，辅助清洁；OH·（羟基自由基，微量）具有强反应活性。

处理效果：表面活化，引入C-O、C=O、COOH等极性基团；有机清洁，氧化分解有机物为CO2和H2O；提高亲水性，接触角显著降低；提高粘接性，极性基团增强界面结合。

典型应用：塑料（PP、PE、ABS等）粘接前活化；去除有机污染物；提高涂层/油墨附着力；玻璃、陶瓷表面活化。

注意事项：可能过度氧化某些敏感材料；产生臭氧，需排风处理；对金属可能造成氧化。

等离子体化学：e- + N2 → N2+ + 2e- （电离）；e- + N2 → 2N· + e- （解离）；e- + N2 → N2* + e- （激发）。

主要活性物种：N·（氮原子自由基）用于引入胺基、亚胺基；N2+（氮分子离子）用于物理轰击；N2*（亚稳态氮）用于能量储存与转移。

处理效果：引入含氮官能团：-NH2、-NH-、-C≡N；提高碱性活性位点；改善生物相容性；增强与特定树脂的兼容性。

典型应用：医疗器械表面改性（提高生物相容性）；提高与环氧树脂的粘接性；某些特殊涂层的附着力促进。

等离子体化学：e- + H2 → 2H· + e- （解离）；e- + H2 → H2+ + 2e- （电离）。

主要活性物种：H·（氢原子自由基）具有强还原性；H2+（氢分子离子）用于物理轰击。

处理效果：还原金属氧化层（MeO + 2H· → Me + H2O）；去除有机污染物中的过氧键；在表面引入C-H键，降低极性（疏水化）；对某些氧化物进行选择性还原。

典型应用：金属表面还原清洁（去除氧化层）；半导体工艺中的还原处理；特定疏水化改性。

安全注意：氢气易燃易爆，需严格安全控制；浓度需控制在爆炸下限以下（通常小于4%）；设备需防爆设计。

等离子体化学：空气等离子体同时包含N2和O2的等离子体化学，并产生NOx等副产物：N· + O· → NO；NO + O· → NO2。

主要活性物种：O·、N·、OH·具有化学活性；NO、NO2为副产物；O3为臭氧。

处理效果：兼具氧化和氮化效果；成本最低；但副产物较多，可能污染表面。

典型应用：一般性表面清洁和活化；对污染不敏感的应用；大气等离子射流常用工作气体。