玻璃是一种结构上表现为长程无序的、性能上具有玻璃转变特性的非晶态固体。玻璃主要为离子键和共价键结构，具有非常稳定的电子配对和化学稳定性，与金属有着本质的不同。提高玻璃表面亲水性的处理方法包括紫外-臭氧处理、plasma等离子处理等物理方法.上述方法均可以提高基底表面的亲水性，使溶液可以更好地铺展。本文主要介绍plasma等离子处理石英玻璃表面以提高其亲水性原理。

等离子体也经常被称为物质的“第四态”，是由离子、电子和未电离的中性粒子集合而成的，可以用作材料刻蚀、表面活化等应用。等离子体中的活性粒子能量一般为几至几十电子伏特，大于一般材料的结合键能，与材料表面作用后完全可以打开化学键而形成新键，但其能量又远低于高能放射性射线，故改性只涉及材料表面几至几百纳米范围内。

等离子体与材料表面相互作用后，材料表面分子间的化学键被打开，并与放电空间中的氧、氮等自由基结合，在材料表面形成含氧、含氮的极性基团。由于表面增加了大量的极性基团，使材料表面的粘接性、吸湿性、可染色性、印刷性、抗腐蚀性及生物相容性等性能得到改善。研究表明，等离子体作用后材料表面主要发生4种物理化学变化：(1)产生自由基：放电空间活性粒子撞击材料表面使表面分子间化学键被打开从而产生大分子自由基，使材料表面具有反应活性。(2)发生表面刻蚀：材料表面变粗糙，表面形状发生变化；(3)发生表面交联：材料表面的自由基之间重新结合，形成一层致密的网状交联层；(4)引入极性基团：表面的自由基与放电空间的反应性活性粒子结合从而引入具有较强反应活性的极性基团。

Plasma氧等离子处理提高玻璃亲水性原理

图1-1为玻璃在氧气低温等离子体表面处理前后的接触角对比图，等离子体改性时间分别是1min、3min、5min。其中，本试验中的接触角值均由接触角测定仪自动计算得到。从图1-1可知，未改性处理玻璃表面的接触角最大，其值为21.1°。玻璃表面经过低温等离子体表面处理后，接触角明显降低，表面润湿性提高。当玻璃经低温等离子体改性1min后，接触角为2.6°，如图1-1(b)所示，表面接触角降低了87.7%，表明经过氧气低温等离子体改性后玻璃表面润湿性得到大幅度提高。这是因为在等离子体改性过程中，生成的含氧活性原子及离子等与玻璃片表面的-Si-0-Si-结构作用，生成极性的-Si-OH作为表面终端，新生成的-Si-OH与原有的同样结构进一步与残存的CO2,作用生成极性更强的-COOH，这样就改变了玻璃片表面原有的弱极性环。极性基团-0H和-COOH的引入使H20与玻璃表面更容易以氢键的形式结合，从而增强了玻璃表面的亲水性。

图 1-1 玻璃在氧气低温等离子体表面处理前后的接触角对比图

当等离子体预处理玻璃表面时，能断裂玻璃表面硅氧键结合的碳等杂质分子，使表面键活化，生成羟基、羧基等，其结构示意图如图2-1所示:

图2-1 等离子体处理后玻璃表面的羟基、羧基

综上所述：经过plasma氧等离子体处理后，玻璃表面的Si-O键被大量破坏，易于硅醇化形成Si-OH基团，从而改善了其表面的亲水性。