常压等离子体放电是极具应用价值的材料表面改性技术. 它利用非沉积性气体放电产生的离子、电子、自由基、激发态原子/分子等活性粒子与材料表面相互作用, 依据材料表面的物理相态和化学结构的差异, 有选择性地离解材料表面原子/分子键, 刻蚀改变被处理材料的表面物理形貌, 同时在表面引入一些微小的化学基团, 改变表面的物理/化学特性; 或者通过沉积性气体的电离、裂解、活性粒子与表面的反应沉积, 化学键接上其他原子/分子并形成薄膜, 改变被处理材料的表面物理/化学性质, 并通过沉积薄膜厚度、组分、结构和形貌的控制, 赋予被处理材料独特的功能性. 具有独特的低温、低能耗、高效、环保、低成本、不改变材料本体特性、易于实现卷对卷制备等优势, 尤其适合低熔点柔性材料的大面积低成本表面处理。

纤维纺织材料大都可以看作柔性多孔材料, 具有良好的柔韧性、多孔性、巨大的比表面积、织造结构多变性等特点, 是常压等离子体放电表面改性技术研究应用的最重要领域, 对纤维织物亲水性、黏结性、染色性的研究已取得显著的改性和节能减排效果. 近年来, 常压等离子体技术结合各种半导体、金属纳米材料结构应用于纺织材料, 形成各类新颖结构的柔性功能材料和器件, 在新材料、生物医学、新能源和环保等方面得到越来越广泛的研究应用。

Ivanova等利用常压扩散共面表面阻挡放电(diffusion coplanar surface barrier discharge, DCSBD)产生的非热等离子体对聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)和聚丙烯(polypropylene, PP)纳米材料进行活化处理, 然后进行聚L-丙交酯 (PLLA) 纳米颗粒涂敷. 等离子体活化处理的PET和PP织物的亲水性和渗透性得到了改善, 穿透时间方法测得的穿透时间从400 s (未处理的聚合物)减少到6 s, 聚L-丙交酯 (poly(L) lactide, PLLA) 纳米颗粒在PET和PP微纳米纤维上的分布均匀性得到改善. 这种等离子体连续活化预处理将纳米颗粒均匀输送到聚合物纤维表面, 适用于浸渍敷料生产, 在廉价、方便、快速和全自动化方面具有相当大的优势。

Meunier等通过采用20 kHz介质阻挡放电 (dielectric barrier discharge, DBD), 在微纤化纤维素 (microfibrillated cellulose, MFC) 中产生许多放电细丝, 同时利用氦气和六甲基二硅氧烷为载气和前驱体气体对MFC做了表面改性. 通过改性后的样品表面和底部同时展现出了疏水亲油特性, 可以应用于含油废水的去污. 

Armenise 等通过常压氦氧混合介质阻挡放电, 在平均孔径300—600 μm的聚氨酯多孔结构泡沫的外部和内部放电. 扫描电子显微镜观察和水接触角测量表明, 等离子体处理后的泡沫表面粗糙度和润湿性分别增加; 同时X射线光电子能谱分析结果表明, 含氧基多孔材料的内外表面功能化程度一致. 研究者通过Cd2+ 吸附实验, 发现等离子体处理泡沫对水中重金属离子的吸附量提高了10倍多. 

超级电容器又称双层电容器是一种新型储能装置, 具有充电时间短, 使用寿命长, 温度物性好, 节约能源和绿色环保等优点. Chien等研究了利用直流脉冲氮气常压等离子体射流(atmospheric pressure plasma jet, APPJ)处理的数十微米孔径的碳布在制备的超级电容器中的表现. 经表面处理后, 碳布的水接触角由144.71o降至0o. 改善的润湿性可以促进电解液渗透到多孔电极中, 从而提高电容. 未经表面处理的碳布制备的超级电容器的比(面)电容为315.0 F/g (55.67 mF/cm2); 用APPJ表面处理的碳布制备的超级电容器的比(面)电容为580.2 F/g (106.89 mF/cm2). 电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)表明, 碳布经APPJ处理后, 电极/电解液界面的电荷转移阻抗降低, 提高了超级电容器的其他性能. 经1000次循环伏安稳定性试验, 电容保留率为85%. 

对PTFE超细纤维复合微孔滤膜进行常压等离子体放电处理, 处理后的微孔滤膜对病毒、细菌等有害微生物的阻隔效率达到99%以上, 是非常时期医学军事必需的防护装备; 通过各种等离子体表面氧化、还原、接枝、沉积处理的透明柔性电极、生物相容缓释药物载体、全聚合物压电/热电人体呼吸能量捕捉器、良好黏附强度和机械柔韧性的Ag/PI电极等, 可广泛应用于人体健康和检测、全球定位、自体发电、生物组织工程材料、杂化催化、油水分离和化学传感等方面。

综上所述, 常压等离子体技术对柔性多孔介质的表面处理在柔性功能材料和器件等方面具有重要的应用价值, 随着世界各国对绿色生态制备技术越来越重视, 相关技术突破将快速引领纳米绿色先进制备技术的发展, 并迅速形成市场规模. 我国率先签署了应对全球气候变化的《巴黎协定》, 对常压等离子体表面改性技术在纺织绿色先进加工及柔性纺织功能材料和器件制备方面的应用也有迫切需求.。