等離子體是指在放電或高能輻射的條件下，目標氣體中的自由電子獲得極大動(dòng)能，高速電子與氣體分子碰撞，使之激發(fā)或離解形成各種激發(fā)態(tài)的分子、原子、自由基和電子混雜的呈電中性的電離狀態(tài)。等離子體表面處理正是一種基于等離子體中產(chǎn)生的粒子與處理材料表面的相互作用，對目標材料表面進(jìn)行活化、蝕刻甚至化學(xué)修飾和功能化的改性工藝。以碳纖維為例來(lái)說(shuō)明等離子體處理對材料表面粗糙度的影響
等離子體處理通常分為高溫處理和低溫處理兩種。目前適合碳纖維改性的冷等離子體處理可顯著(zhù)地改善材料表面形貌和物化特性，而不顯著(zhù)影響材料整體的力學(xué)性能，同時(shí)還可以實(shí)現纖維/基質(zhì)的界面性能和復合材料強度的提升。這是因為等離子體處理的轟擊會(huì )優(yōu)先除去碳纖維表面結合更弱的非晶碳，表現為碳纖維更大的表面粗糙度，但由于等離子體的作用深度一般在幾納米到幾百納米，故不會(huì )顯著(zhù)改變碳纖維的結構，其性能也不會(huì )有明顯下降。此外，等離子體在碳纖維表面噴濺，使得表面化學(xué)基團重新組合，并引入了某些含氧或含氨的極性官能團，改善了碳纖維的表面極性和粘附潛力，增強了物理結合以及纖維與聚合物基體的潤濕性，以進(jìn)一步提高界面粘附強度，但這一過(guò)程受到諸多因素的共同影響。
低溫等離子體與碳纖維表面的處理過(guò)程示意如下圖1所示。低溫等離子處理碳纖維表面時(shí)，高能粒子直接撞擊纖維表面，根據材料表面的物理相態(tài)和化學(xué)結構的差異，有選擇性地解離材料表面的原子/分子鍵。受到高能粒子的作用，材料表面原子/分子中的電子被激活，并與等離子體中的電子相互作用，形成活性位點(diǎn)與表面物理形貌的改變。
圖一 等離子體纖維表面改性作用原理示意圖在等離子體的作用下，對碳纖維進(jìn)行不同時(shí)間的改性處理，發(fā)現等離子體中高能粒子的轟擊造成了碳纖維的粗糙表面，其粗糙程度隨著(zhù)處理時(shí)間的增加而加深如（圖2）所示。
圖二 不同等離子體處理時(shí)間碳纖維的AFM圖像材料經(jīng)過(guò)低溫等離子體處理后，會(huì )在材料表面發(fā)生刻蝕作用，從而引起材料表面微觀(guān)結構發(fā)生變化，即材料表面粗糙度增加，粗糙度增加會(huì )增大材料的比表面積，從而使材料表面對水的輸送能力增強，可增加材料表面的親水性。當材料需要粘接或涂覆涂層時(shí)，粗糙度的增加可增加材料與涂層的接觸面積，增加機械結合強度。24568