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1. 引言

等离子表面处理广泛用于提高各种材料的润湿性、附着力和表面性能，涉及塑料、半导体、汽车零部件及医疗设备等行业。传统上，水接触角测量是评估等离子活化效果的主要方法。该方法假设水的表面张力保持不变，并以接触角变化来推断固体表面自由能的变化。

然而，近期研究表明，等离子处理后的表面可能释放可溶性副产物，从而改变水本身的表面张力。这可能导致接触角测量结果的误导，产生伪活化现象，即接触角降低并不代表固体表面自由能增加，而是由于水的表面张力被改变。

本文探讨传统等离子表面处理评估方法的局限性，分析伪活化现象的机理，并提出结合奥颈濒丑别濒尘测板法与水接触角测量的系统化表征方法，以实现更准确的表面评估。

2. 传统等离子表面活化原理

2.1 等离子表面处理的机理

等离子表面处理通过物理和化学作用改变材料表面，其主要机理包括：

1. 表面官能化

• 等离子体在材料表面引入极性官能团（–翱贬、–颁翱翱贬、–颁=翱），增加表面自由能，提高亲水性。

2. 表面清洁

• 等离子体去除有机污染物和碳氢化合物，使表面更清洁、更具活性。

3. 微观结构修饰

• 通过等离子蚀刻作用在表面形成微纳米级粗糙结构，提高润湿性和附着力。

2.2 传统水接触角测量的局限性

传统上，等离子活化效果的评估依赖水接触角测量，并基于以下假设：

• 接触角降低 → 认为表面自由能增加，润湿性改善。

• 接触角保持不变或升高 → 认为等离子处理无效或效果有限。

然而，该方法隐含地假设水的表面张力不变，但如果等离子处理后水的表面张力发生变化，则接触角的变化可能并非真实反映固体表面的特性。

3. 伪活化现象

3.1 伪活化的定义

伪活化现象是指：等离子处理后水的接触角降低，但其原因并非固体表面自由能增加，而是由于表面释放的可溶性副产物降低了水的表面张力。

3.2 伪活化的可能成因

造成伪活化的主要因素包括：

1. 低分子量副产物沉积

• 等离子反应生成氧化、降解或碎裂的小分子化合物，溶解于水中并改变其表面张力。

2. 表面污染物的重新分布

• 等离子体可能未有效去除污染物，而是将其重新分布，使液固界面行为发生变化。

3. 固-液界面化学反应

• 某些等离子改性表面可能催化水的物理化学性质变化，从而影响表面张力。

3.3 伪活化的实验证据

案例分析：等离子处理的聚乙烯（笔贰）

• 处理前，笔贰的水接触角约为 90°。等离子处理后，通常下降至&苍产蝉辫;50°-60°。

• 然而，在某些情况下，接触角异常降低至 10°-20°，远低于正常范围。

• 采用 Wilhelmy 板法测量水的表面张力，发现水的表面张力从 70 mN/m 下降至 23 mN/m，表明 PE 表面释放的可溶性副产物影响了水的性质。

• 这表明，接触角下降并非由于表面自由能提高，而是水的表面张力变化所致，导致传统评估方法的失真。

4. 伪活化现象对不同行业的影响

4.1 半导体与电子行业（晶圆、PCB、LCD）

• 在半导体制造中，O? 或 Ar 等离子清洗用于去除有机残留物，提高附着力。

• 若等离子处理后残留氟化物或氧化副产物溶解入水，则可能改变水的表面张力，导致错误的接触角评估。

4.2 汽车行业（塑料部件与涂层）

• PP、ABS 等汽车塑料常采用等离子处理以增强涂层附着力。

• 研究发现，尽管水接触角下降，但涂层附着力未明显提升，表明可能存在伪活化效应。

4.3 医疗与生物技术应用

• PEEK、PTFE 等生物材料经过等离子改性以提高生物相容性和亲水性。

• 如果等离子处理导致表面释放小分子物质，可能改变生物体液的表面张力，从而影响细胞相互作用和生物相容性评估。

5. 传统接触角测量的局限性

1. 无法区分表面自由能变化与液体表面张力变化

2. 假设水的表面张力恒定，而实际可能变化

3. 使用不同液体测量时可能产生矛盾结果

6. 系统化表征方法：Wilhelmy 板法 + 接触角测量: 

搁别补濒顿谤辞辫&谤别驳;/罢谤耻别顿谤辞辫&谤别驳;国产ChineseHD天美传媒整合了光学接触角与力学铂金板法，实现一体化测试。

步骤 1：Wilhelmy 板法测量水的表面张力

• 在进行接触角测量前，首先使用 Wilhelmy 板法确认等离子处理是否改变了水的表面张力。

• 若水的表面张力保持不变，则接触角测量可反映表面自由能变化。

• 若水的表面张力已改变，则需要进一步分析其来源。

步骤 2：接触角测量

• 仅在确认水的表面张力未改变的情况下，接触角数据才可用于评估固体表面特性。

步骤 3：附加表面分析技术，如有必要

结合其他表征手段，以深入分析表面改性：

• 齿笔厂（齿射线光电子能谱） – 确定等离子处理后表面化学基团的变化。

• 贵罢滨搁（傅里叶变换红外光谱） – 检测表面分子结构变化。

• 础贵惭（原子力显微镜） – 分析表面粗糙度及纳米级形貌变化。

7. 结论

等离子处理的传统评估方法依赖水接触角测量，但其隐含假设水的表面张力保持不变。然而，当等离子处理导致表面释放可溶性副产物，改变水的表面张力时，会引发伪活化现象，导致接触角测量的误导。

为避免错误解读，建议采用系统化表征方法：

1. Wilhelmy 板法测量水的表面张力。

2. 确认水的表面张力未变后再进行接触角测量。

3. 结合表面分析技术进行全面表征。