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玻璃是一種結構上表現為長程無序的、性能上具有玻璃轉變特性的非晶態固體。玻璃主要為離子鍵和共價鍵結構，具有非常穩定的電子配對和化學穩定性，與金屬有著本質的不同。提高玻璃表面親水性的處理方法包括紫外-臭氧處理、plasma等離子處理等物理方法.上述方法均可以提高基底表面的親水性，使溶液可以更好地鋪展。本文主要介紹plasma等離子處理石英玻璃表面以提高其親水性原理。

等離子體也經常被稱為物質的“第四態”，是由離子、電子和未電離的中性粒子集合而成的，可以用作材料刻蝕、表面活化等應用。等離子體中的活性粒子能量一般為幾至幾十電子伏特，大于一般材料的結合鍵能，與材料表面作用后完全可以打開化學鍵而形成新鍵，但其能量又遠低于高能放射性射線，故改性只涉及材料表面幾至幾百納米范圍內。

等離子體與材料表面相互作用后，材料表面分子間的化學鍵被打開，并與放電空間中的氧、氮等自由基結合，在材料表面形成含氧、含氮的極性基團。由于表面增加了大量的極性基團，使材料表面的粘接性、吸濕性、可染色性、印刷性、抗腐蝕性及生物相容性等性能得到改善。研究表明，等離子體作用后材料表面主要發生4種物理化學變化：(1)產生自由基：放電空間活性粒子撞擊材料表面使表面分子間化學鍵被打開從而產生大分子自由基，使材料表面具有反應活性。(2)發生表面刻蝕：材料表面變粗糙，表面形狀發生變化；(3)發生表面交聯：材料表面的自由基之間重新結合，形成一層致密的網狀交聯層；(4)引入極性基團：表面的自由基與放電空間的反應性活性粒子結合從而引入具有較強反應活性的極性基團。

Plasma氧等離子處理提高玻璃親水性原理

圖1-1為玻璃在氧氣低溫等離子體表面處理前后的接觸角對比圖，等離子體改性時間分別是1min、3min、5min。其中，本試驗中的接觸角值均由接觸角測定儀自動計算得到。從圖1-1可知，未改性處理玻璃表面的接觸角最大，其值為21.1°。玻璃表面經過低溫等離子體表面處理后，接觸角明顯降低，表面潤濕性提高。當玻璃經低溫等離子體改性1min后，接觸角為2.6°，如圖1-1(b)所示，表面接觸角降低了87.7%，表明經過氧氣低溫等離子體改性后玻璃表面潤濕性得到大幅度提高。這是因為在等離子體改性過程中，生成的含氧活性原子及離子等與玻璃片表面的-Si-0-Si-結構作用，生成極性的-Si-OH作為表面終端，新生成的-Si-OH與原有的同樣結構進一步與殘存的CO2,作用生成極性更強的-COOH，這樣就改變了玻璃片表面原有的弱極性環。極性基團-0H和-COOH的引入使H20與玻璃表面更容易以氫鍵的形式結合，從而增強了玻璃表面的親水性。

圖 1-1 玻璃在氧氣低溫等離子體表面處理前后的接觸角對比圖

當等離子體預處理玻璃表面時，能斷裂玻璃表面硅氧鍵結合的碳等雜質分子，使表面鍵活化，生成羥基、羧基等，其結構示意圖如圖2-1所示:

圖2-1 等離子體處理后玻璃表面的羥基、羧基

綜上所述：經過plasma氧等離子體處理后，玻璃表面的Si-O鍵被大量破壞，易于硅醇化形成Si-OH基團，從而改善了其表面的親水性。