当物质被持续给予能量时，它的温度升高并且典型地从固体转变 成液体，然后变成气体。持续施加能量导致系统经历进一步的状态变 化，其中气体的中性原子或分子被高能碰撞打碎，生成带负电荷的电 子、正或负离子以及其它物质。这种带电物质的混合物显示出的集体 行为称作“等离子体”，即物质的第四态。由于它们的电荷，等离子体 能够受到外部电磁场的极大影响，使得它们容易控制。此外，它们的 高内能允许它们能够处理物质的其它状态，这对使用液体或气体处理 来说是不可能或者很难。
术语“等离子体”包含巨大范围的系统，它的密度和温度有许多数 量级的变化。一些等离子体非常热，它们所有的微观物质(离子，电 子，等)近似热平衡，输入到系统中的能量通过原子/分子级碰撞广泛 地分布。然而，其它等离子体，尤其在低压下(例如100Pa)碰撞相 对较少发生，在很广的不同温度下具有组成物质，称作“非热平衡”等 离子体。在这些非热能等离子体中，自由电子非常的热，温度为好几 千热力学温度(K)而中性和离子物质保持为冷的。由于自由电子几 乎具有负质量，整个系统的焓比较低，等离子体工作在接近于室温， 这样允许处理对温度敏感材料，例如塑料或聚合物，而没有对其加上 破坏性热负荷。通过高能碰撞，热电子引起丰富的自由基和激发物质 源，它们具有适合于深刻的化学和物理活性的高化学势能。正是这种 低温工作加上高活性的组合使得非热能等离子体在技术上非常重要， 并是一个用于制造和材料处理的强有力工具，适合于处理没有等离子 体时需要非常高的温度或有害和侵蚀性化学制品的场合。
对于等离子体技术的工业应用，一个方便的方法是将电磁功率耦 合进处理气体中，它可以是气体和蒸汽的混合物，待处理的工件/样品 在其中浸入或经过。气体被电离变成等离子体，生成与样品表面反应 的化学自由基，紫外线和离子。通过正确地选择处理气体组分，驱动 功率频率，功率耦合模式压力和其它控制参数，等离子体处理可以设 计成满足制造者所需的具体应用。
由于等离子体巨大的化学和热范围，它们适合于许多技术应用。 非热平衡等离子体对表面激活、表面清洗、材料刻蚀和表面镀层尤其 有效。
聚合物材料的表面激活是一种由汽车工业首先使用的广泛应用 的工业等离子体技术。这样，例如由于再循环用途而受到欢迎的聚烯 烃，如聚乙烯和聚丙烯，具有非极性的表面从而很难涂覆或粘合。然 而，用氧等离子体处理导致形成表面极性基，引起高润湿性，从而具 有对金属涂料.、粘合剂或其它镀层具有优异的覆盖和粘着性。因此， 在车辆仪表板、仪表板、保险杆等的制造中，以及在玩具及类似工业 中的组件组装中，等离子体表面工程正变得越来越重要。在对聚合物、 塑料、陶瓷/无机、金属和其它材料的所有几何形状的组件的印刷、涂 漆、粘合、层压和常规镀层中，可以获得许多其它应用。
世界范围内环境立法的渗透和强度的增加，对工业上减少或消除 在制造过程中使用溶剂和其它湿法化学制品，尤其对组件/表面清洗来 说，正产生巨大压力。尤其是，基于CFC的脱脂操作已经大量地被等 使用氧气、空气和其它无毒气体工作的离子体清洗技术所代替。结合 基于水的预清洗操作和等离子体应用，允许清洗甚至非常严重污染的 组件，得到的表面优于传统方法得到的表面。任何有机表面污染通过 室温等离子体迅速清除，转化成能够安全排放的气体CO2和水。
等离子体还能够实现刻蚀体材料，例如用于从那里去除不想要的 材料。这样，例如一种基于氧气的等离子体将刻蚀聚合物，这是一种 应用于制作线路板等的处理。不同的材料，例如金属、陶瓷和无机物 通过仔细选择初始气体和注意等离子体化学来刻蚀。小到纳米临界尺 寸的结构现在通过等离子体刻蚀技术以及制作出来了。
迅速出现并变成主流工业的等离子体技术是等离子体镀层/薄膜 淀积。典型地，实现高能聚合是通过将等离子体应用到单体气体和蒸 汽。这样，可以形成致密、坚固接合和三维结合的薄膜，它具有热稳 定、化学抗腐蚀、机械稳固。这样的薄膜能保型地淀积在甚至最复杂 表面上，并且处于能够确保衬底上低的热负荷温度下。因此等离子体 用于涂覆精密和热敏感以及坚固金属是很理想的。等离子体镀层甚至 在薄层中也没有微孔。常常可以定制镀层的光学特性例如颜色，并且 等离子体镀层甚至与非极性材料粘着的非常好，例如聚乙烯，以及钢 (例如金属反射器上的防腐蚀薄膜)，陶瓷，半导体，纺织品等。
在所有的这些处理中，等离子体工程制造了定制的希望应用的表 面效果，或者制造了在任何情况下都不影响材料整体的产品。这样等 离子体处理为制造者提供了一个通用的和强大的工具，允许为了整体 技术和商业性质而选择材料，同时提供了自由，使得能够独立设计表 面以满足完全不同的需要，以及极大地给予了产品增强的功能性、性 能、寿命和质量，以提供给用户对产品性能的重要附加值。
这些性质强烈地推动了工业采用基于等离子体的处理，从1960 年代已经引导了这种推动，通过微电子团体将低压辉光放电等离子体 发展成用于半导体、金属和电介质处理的超高技术和高资本成本工程 工具。自从1980年代同样的低压辉光放电型等离子体已经日益渗透到 其它工业部门，以更加适度的成本提供处理，例如用于增加粘着/键合 强度的聚合物表面激活，高质量脱脂/清洗以及淀积高质量镀层。这样， 已经基本上接受了等离子体技术。辉光放电可以在真空和大气压下获 得。在大气压辉光放电情况下，气体例如氦气和氩气用作稀释剂，一 个高频(例如大于1kHz)功率源用于在大气压下产生均匀辉光放电， 根据潘宁电离机理，(见例如，Kanazawa等，J.Phys.D： Appl.Phys.1988，21，838，Okazaki等，Proc.Jpn.Symp.Plasma Chem.1989，2，95，Kanazawa等，Nuclear Instrμments and Methods in Physical Research 1989，B37/38,842，以及Yokoyama等， J.Phys.D：Appl.Phys.1990，23，374)。
然而，采用等离子体技术已经局限于大多数工业等离子体系统的 主要约束，即，它们需要在低压下工作。部分真空工作意味着封闭周 边，密封反应系统，仅仅提供离线、成批处理分立的工作组件。生产 量较低或中等并且需要真空增加了资本和运转成本。
然而，大气压等离子体为工业提供了开放口或周边系统，通过工 作组件/网膜提供自由的进入和退出等离子区，因此可以在线、连续处 理大小面积网膜或传送携带分立网膜。由高压工作获得的高物质流的 加强，生产量很高。许多工业部门，例如纺织品、包装、纸张、药品、 汽车、航空等，几乎完全依赖于连续的在线处理，使得大气压下开放 口/周边配置等离子体提供新的工业处理能力。
电晕放电和火焰(也是一种等离子体)处理系统已经为工业提供 局限形式的大气压等离子体处理性能约30年了。然而，尽管它们具有 高的可制造性，这些系统未能渗透进市场，或者未能达到像低压、电 解处理等离子体类型在工业上所占据的程度。原因是电晕放电/火焰系 统具有重要局限性。它们工作在环境空气中，提供单表面激活处理， 对许多材料几乎没有效果并且对大多数材料仅有微弱效果。处理常常 是不均匀的，电晕放电处理与厚网膜或3D网膜不兼容，而火焰处理 与热敏感衬底不兼容。已经非常清楚，大气压等离子体技术必须进入 更深的大气压等离子体领域中，以发展满足工业需要的先进系统。
大气压等离子体淀积已经取得了重大进展。在稳定大气压辉光放 电上已经进行了相当的工作，例如Okazaki等J.Phys.D：Appl.Phys. 26(1993)889-892中的描述。更多的，美国专利说明书No.5414324描 述了在大气压下，在一对间隔5cm，电学上绝缘的金属板电极间，以 及1-5kV均方根(rms)电位的1-100kHz射频(RF)激励下生成 稳态辉光放电等离子体。美国5414324还讨论了电极板的问题和在电 极端点处阻止电击穿的需要，并且描述了一个通过接合在电极上的流 体流动管道实施的水冷系统，其中的水不与任何电极表面直接接触。
在美国专利说明书No.5185132中，描述了一个大气压等离子体 反应方法，其中板状电极用于垂直配置。然而，它们仅仅用在垂直配 置中以制备等离子体，然后等离子体直接从两个极板间射出到垂直排 列的电极下的水平面上。
在本申请优先权日期之后公布的本申请者共同未决申请 WO02/28548中，提供了一个大气压等离子体辉光放电装置，设计为 将液体或固体通过雾化器等引入等离子体流中的等离子体处理衬底。
在JP 07-0062546和US 6086710中，提供了等离子体处理装置， 描述了几种可供选择的去除等离子体经过后的处理气体、气体反应剂 和副产物等的方法。
在EP 0431951中提供了一个大气压等离子体装置，使用等离子 体处理一种稀有气体/反应气体混合物生成的物质处理衬底。至少部分 镀上电介质的电极互相并列放置，它们垂直对准使得垂直于衬底，衬 底在电极间的狭缝下经过。该装置需要一个完整的表面处理单元，通 过该表面处理单元的宽度能够有效地限制任何待处理的衬底的宽度， 这使得系统很笨重。
在本申请的优先权日期之后公布的WO02/40742中，讨论了大气 压等离子体使用气体处理衬底的一个方法和设备。JP 2002-57440描述 了使用气体处理电路板的一个大气压等离子体处理方法，使用脉冲电 压来增强电路板的表面处理。这些文献中没有讨论如本发明中公开的 那样引入一种液体或固体镀层到一个设备中。

现在本发明者已经确认了一个克服现有设备的许多问题的装置， 即在本发明中，不需要一个完整的表面处理单元，并且等离子体处理 不再只限于使用气体处理衬底。将在下面的描述中确认许多其它的改 进。
在本发明的第一实施例中，提供了一个大气压等离子体生成组 件，一个含有一个机身的大气压等离子体发生装置包括一个反应剂引 入装置，一个处理气体引入装置，和一个或多个适合等离子体生成的 并列电极排列，每个电极排列包括至少一个部分电介质镀层的电极， 所述装置适合于使得一种引入所述装置中的处理气体和固体反应剂排 放的唯一方法是通过前述电极之间的等离子体区域，所述装置适合于 相对一个衬底移动，所述衬底基本上靠近前述电极的离所述单元最远 的端点，其特征在于反应剂引入装置是一个雾化器，用于以液体和/ 或固体涂层形成材料的形式雾化反应剂。
大气压等离子体产生单元机身可以为任何合适的几何形状，但是 优选是拉长的，以及基本上具有正方形、圆形、矩形或椭圆形截面， 其中最优为圆形。优选地，机身由介电材料制成，并作为分布处理气 体和反应剂进入和经过电极排列的平行电极之间的等离子体区的一种 方法。大气压等离子体产生装置机身可以为任何需要的长度，尽管优 选长度不小于0.5米。可选地，机身可以为可变长度(依赖于正在处 理的衬底的宽度)但是优选最大长度20米，更优长度为10米，最优 的最大长度为5米。其中该长度近似为每个电极的长度，因此也是在 这对相邻平行电极间产生的等离子体区的长度。当要处理尺寸大于装 置机身的衬底时，这可以采取通过一次处理一部分衬底直到整个衬底 都被处理的方法，或者通过提供使用多个组件，在一次运转中处理整 个衬底。在后面的情况下，可以优选具有多个组件以偏置行放置，以 确保处理整个衬底。
反应剂引入装置优选包括一个雾化器或喷雾器或在申请者共同 未决专利申请WO02/28548中描述的类型等，该专利的内容在此引用。 同时雾状液体和/或固体涂层形成材料可以使用任何合适的雾化器或 喷雾器形式来雾化，一个优选实例是超声喷嘴。
雾化器优选产生膜形成材料滴，大小10-100μm，优选10- 50μm。用于本发明的合适雾化器包括来自美国Sono-Tek Corporation， Milton，New York，或德国Lechler GmbH，Metzingen的超声喷嘴。 本发明的设备可以包括多个雾化器，可以有特殊应用性，例如，该设 备可以用于在一个衬底上通过两种不同膜形成材料形成共聚物膜，其 中各个单体是不溶合的或是不同相，例如第一个是固相而第二个是气 相或液相。
可以使用任何合适的方法将处理气体引入组件中。任何适当的传 送方法都可以用于将处理气体和反应剂输运到相邻电极间的等离子体 区。在运用单一处理气体引入装置和单一反应剂引入装置的情况下， 电极可以通过一个电极衬垫的方法隔开。电极衬垫用作一种可变狭缝 气体/反应剂分配器，使得沿等离子体区长度上提供相等流速到等离子 体区。作为选择电极衬垫可以一种多孔极板等，沿等离子体区长度上 提供相等流速到等离子体区。这种电极衬垫可以是一种简单地具有楔 形截面的狭缝，使得狭缝最宽，最远点远离处理气体/反应剂引入装置， 以及最窄点靠近处理气体/反应剂引入装置。作为选择，可以提供一个 适合于沿机身长度的处理气体/反应剂引入装置阵列。在每种情况下如 果需要的话都可以运用撑杆，以沿等离子体区的长度上每一点的电极 间保持一个预定距离。
通过一个超声喷雾嘴引入雾化液体将需要一个频率产生电缆以 及可以使得适合于雾化液体直接引入(即直接注入)或通过运载气体 例如空气进入喷嘴。为了有效等离子体处理，确保喷雾的均匀分布是 很重要的。这可以通过合适的方法实现，然而，优选如下选项：
i.处理气体垂直于机身轴引入，使得当气流沿轴长度上 气流的主要方向重定向时，生成接近超声喷雾嘴出口的湍流。这 最适合于较高的流速，这在当使用低成本处理气体如空气和氮气 时可以看到。
ii.通过在超声喷雾嘴端点上游的处理气流场中放置节流 盘引入湍流。湍流将在圆盘下游6个盘直径内存在，因此确保液 体喷雾的均匀性(基于含有圆形截面的机身以及盘直径近似为机 身的一半)。
iii.作为选择，超声喷雾嘴可以安装在主导管的尾部，使 得它沿着轴平放。在这个位置上，优选运载气体侧面进入。
可选地，可以额外运用一个气体反应剂，在这种情况下处理气体 引入装置和气体反应剂引入装置可以一样或不同。当额外需要一个气 体反应剂引入装置时，处理气体引入装置可以运用于引入处理气体和 需要气体反应剂的地方。
适合于产生等离子体的至少一个多并列电极排列的每一个，含有 一个或更多个至少是部分电介质镀层的电极。对本发明优选两种特殊 的电极排列，对不导电衬底，以及包括一个或更多对处于一个预定的 分开距离，且至少部分电介质镀膜的电极，尤其优选第一种排列。
第二种特别优选的排列尤其是用于导电衬底，以及包括一个三并 列电极系统，一个中心电极至少是部分电介质镀层的。另外两个电极 以预定的分开距离位于中心电极一边一个，两个基本上都没有镀有电 介质并且都接地，使得在使用中它们用作防止中心电极和处理的导电 衬底之间的短路。优选地，中心电极适合于具有在电极和衬底表面之 间可调整的距离。优选地，中心电极由电介质封闭，以及更优地，电 介质在最靠近衬底表面的电极端点更厚一些。
可以理解，术语导电和不导电指的是尤其涉及导电(金属)和不 导电(塑料)衬底。
每个电极可以制作成合适形式，例如，仅仅举例，一个金属的极 板或网格电极，由任何合适的金属如不锈钢、铜或黄铜制成，但是优 选由不锈钢制成并具有合适的几何形状。优选地，电极由不锈钢拉长 的条制成。优选地，在两电极排列中每个电极的至少两个边以及在三 电极排列中的中心电极覆盖上合适的电介质；最优地，电极由一种电 介质材料封闭。电极优选从机身中向外伸出，目的是确保每个电极端 和衬底表面之间的最小距离。
根据本发明电介质材料用于至少部分覆盖一个电极，可以为任何 合适的电介质材料，实例包括，但不局限于，聚碳酸酯、聚乙烯、玻 璃、玻璃层板、环氧填充玻璃层板、陶瓷等。金属电极可以通过粘合 剂键合到电介质材料，或者某些加热与熔接电极金属键合到电介质材 料。简单地，电极可以密封在电介质材料内。
在大气压下稳态辉光放电等离子体的产生优选在间隔等于5cm 的平行电极排列间得到，依赖于是用的处理气体。电极由均方根(rms) 电势为1-100kV的射频激励，优选在1-100kHz下的4-30keV之 间，优选在15-40kHz下。形成等离子体的电压典型在2.5-30kV， 最优2.5-10kV，然而实际值将依赖于化学/气体选择以及电极间的等 离子体区尺寸。
申请者发现如上描述的电极排列产生的等离子体至少在0.5- 2.0cm之间延伸超出电极的反向表面。因此，例如，如果每个电极相 对着的边是矩形，尺寸为5cm×10cm，使用这样电极产生的等离子体 区将最小为6cm×11cm，并且如所指出的，如果在电极端点和衬底表 面之间的最短距离不大于约2cm，衬底表面可以说是在等离子体区内 而不是它的下游(如EP0431951中的描述)。当电极包在电介质中， 对于后面的原因，优选电介质套厚度不大于2mm，至少关于电极端点 最接近衬底表面。
该组件优选适合于相对于一个衬底移动，所述衬底基本上靠近前 述电极的离所述单元最远的端点，使得大气压等离子体处理衬底表面 在所述电极的下游实现。组件和衬底的相对移动可以取一个固定组件 和一个可移动衬底的形式，通过一个滚轮系统方式，衬底为一个卷到 卷网或一个传送带等形式。作为选择，相对移动可以考虑为取存在一 个固定衬底和一个可移动组件的形式。后面的布置可以最适合尤其大 的席状衬底，例如钢和铝薄板，在这种情况下组件的运动优选通过计 算机操作控制，它预定义组件的运动以确保整个衬底能够均匀处理。
尽管优选电极垂直排列，且衬底沿水平面移动。这并不是本质的， 该组件可以适合于处理任何需要的衬底表面，例如一个飞行器的机体 或机翼。应当理解术语垂直的意思是基本上包括垂直，且不应该仅仅 局限于电极位置与水平为90度。
当需要时，可以在系统上加上额外组件以形成通过它衬底将经过 的进一步连续等离子体区。额外单元可以位于上面描述的组件的前面 或后面，使得衬底可以经历前处理或后处理步骤。在由额外组件形成 的等离子体区中施加的处理可以与上面描述的组件中进行的处理相同 或不同。
同时根据本发明的组件可以在任何合适温度下工作，将优选在室 温(20℃)和70℃之间的温度下工作，典型使用30-50℃的温度区 域。
优选地，根据本发明的组件额外包括一个抽取器单元。该抽取器 单元优选包括一个抽取器机身，取护罩形式，当使用时适合于将等离 子体与外部大气隔离。抽取器单元进一步包括一个废处理气体、反应 剂和副产物去除装置，它们在经过等离子体区以及电极低端和衬底表 面间隙后进入抽取器单元。废处理气体、反应剂和副产物去除装置位 于抽取器机身中，优选是一个泵等，或仅仅是一个抽取管，处理气体、 反应剂和副产物从抽取器单元中去除然后收集起来用于分离，处理和/ 或重新使用。特别优选回收处理气体，它典型包含一种或多种贵重的 稀有气体例如氦气或氩气的基本部分。作为选择，一种气体典型为一 种惰性气体例如氮气，可以引入到抽取器单元，用于引导处理气体、 反应剂和副产物等到废处理气体、反应剂和副产物去除装置，同时通 过凸缘或一个可选择的合适几何结构在物理上阻止其进入等离子体 区。
优选地，抽取器机身成形，使得围绕等离子体产生组件机身形成 一个开放通道，使得在使用中，抽取器机身的边缘接近衬底表面，结 合衬底基本上形成一个围绕电极的腔室，从而基本上形成对大气的密 封。
抽取器机身可以为任何合适截面，但是优选基本上与大气压等离 子体产生单元机身的截面形状相同的截面形状，但是它的截面尺寸更 大，使得在大气压等离子体产生单元机身外壁和抽取器机身内表面有 一个间隙，以形成上面描述的开放通道。在使用中衬底表面和抽取器 机身形成围绕大气压等离子体产生单元机身的腔室。提供这个腔室基 本上阻止处理气体、反应剂和副产物的逃逸而不是通过抽取器单元， 并且基本上从大气中隔离了大气压等离子体产生单元机身。
最接近或接触到衬底表面的抽取器单元边缘可以由任何合适的 材料制作，并且如果它们接触到衬底，必须选自将基本上不破坏衬底 表面的材料。最接近或接触到衬底表面的抽取器单元边缘可以为凸缘 形式，从抽取器单元机身向外延伸。凸缘优选设计成基本上如电极端 点一样与衬底表面等距离，更优地，最接近或接触到衬底表面的抽取 器单元边缘更比电极端点接近衬底表面，或者与衬底表面接触，提供 这种接触将不会负面影响对衬底表面的等离子体处理。
抽取器机身优选由电介质物质制成，例如聚二氯乙烯(PVC)或 聚丙烯。抽取器机身不但作为抽取上述气体，而且通过屏蔽电极作为 安全屏蔽，以及提供一个增大的面积用于电极的热管理，使得可以避 免过热(以及导致的破坏)，在例如在空气中的等离子体产生时需要 和/或遇到高压和热负荷的过程中产生。
在使用中，当处理气体、反应剂和副产物经过等离子体区后进入 通道中，它们有效地冷却了组件使得使用本法明的组件进行等离子体 处理衬底工作在上面描述的低温下，温度优选不大于约50℃。这在空 气用于在处理气体中尤其重要，因为电压和热负荷比当用氦气作为处 理气体时的要高。本发明的抽取器单元适合于确保由等离子体处理导 致的最小的以及优选无毒的气体逃逸到大气中。
一个或更多的调整棒可以排列在抽取器凸缘外部。这些调整棒优 选适合于在衬底由等离子体处理前后接触或靠近衬底表面。提供调整 棒用来限制/排除空气等从大气中进入抽取器。它们可以为凸缘密封形 式接触衬底表面和/或在塑料薄膜工业中应用的抗静电棒，适用于使用 高静电电位去除衬底表面的静电，以及任选用空气喷流去除尘粒。也 可以使用抗静电碳刷和静电势垒枪。在静电势垒枪的情况下，基于电 晕类型电极的设备例如在US6285032中描述的尤其优选，作为一个势 垒装置，阻止空气进入抽取器以及阻止处理气体损失进入大气中，使 得所述处理气体可以被收集和重新使用。
在一个可选择的实施例中，尤其适合于处理衬底，处理气体和反 应剂趋向于经过例如非纺织以及纺织品网等，而不是围绕该组件机身。 抽取器单元可以位于衬底下面使得衬底在组件机身和抽取器单元之间 传送。抽取器单元可以适合于从衬底抽取处理气体和反应剂，导致一 个均匀处理的衬底。
在本发明的一个进一步实施例中，提供了一个处理一个衬底表面 的方法，使用上面描述类型的组件，包括：将一种处理气体和一种雾 化液体和/固体涂层形成材料引入大气压等离子体产生组件机身中影 响等离子体，等离子体使用由此产生的活性物质处理雾化液体和/固体 涂层形成材料以及处理一个衬底表面。
在本发明的一个更进一步实施例中，提供了一个大气压等离子体 产生组件，适合用于涂覆一个衬底，含有一个大气压等离子体产生单 元，它的机身包含一个反应剂引入装置，一个处理气体引入装置，适 合等离子体生成的一个或多个并列电极排列，每个电极排列包括至少 一个部分电介质镀层的电极，所述装置适合于使得一种引入所述装置 中的处理气体和固体反应剂排放的唯一方法是通过前述电极之间的等 离子体区域，其特征在于反应剂引入装置是一个雾化器，用于以液体 和/或固体涂层形成材料的形式雾化反应剂。
在本实施例中优选的合适衬底可以是一种粉末，可以通过第三引 入装置引入组件中，它可以包括一个合适的粉末引入装置例如一个粉 末喷射枪等。根据本发明实施例，粉末的后引入混合优选与上面第27 段描述的使用运载气体对雾化液体或固体涂层形成材料引入和混合的 装置一致。在处理气体和雾化液体或固体涂层形成材料中确保粉末的 均匀分布是非常重要的。
涂覆的粉末状衬底可以在任何合适的装置上或装置中收集，例如 处理粉末可以在一个静电传送带上收集。
作为选择，本发明的等离子体组件可以固定在或靠近一个粉末容 器的开放基底，例如一个漏斗或斜槽，在其中粉末经过基底汇中的一 个窄开口，由此可以使用一种流态化气体流化，使得射出容器的粉末 导致文丘里效应，导致了从等离子体组件中射出的处理气体/雾化液体 或固体涂层材料混合物的输送，使得粉末颗粒进入大气压等离子体放 电和/或电离气流，在那里导致了在离开本发明的组件时涂覆上雾化液 体或固体涂层形成材料。
本发明的实施例尤其用于涉及对其它涂覆处理敏感的涂覆粉末 状衬底，例如对例如热、温度和紫外光敏感的涂覆粉末状衬底。涂覆 的粉末状衬底可以包括任何材料，例如金属、金属氧化物、氧化硅、 碳、有机粉末状衬底，包括聚合、染料、芳香、调味剂，制药的粉末 状衬底例如青霉素和抗生素，以及生物学活性化合物，例如基于蛋白 质的材料和酶。
目前可用很广范围的各种等离子体处理，那些对本发明尤其重要 的是表面激活、表面清洗、材料刻蚀和涂覆应用。典型地，衬底可以 经受使用一个或更多组件的任何适当处理。例如，第一组件可以用来 清洗衬底表面，第二组件可以用于表面激活、涂覆或刻蚀。可以使用 额外组件激活涂覆的表面然后对表面再涂覆，施加一层或进一步更多 涂覆等，依赖于衬底打算的应用。例如，在一个衬底上形成的镀层可 以在等离子体条件范围内后处理。例如，硅氧烷衍生的膜可以用含氧 等离子体处理进一步氧化。通过在等离子体中引入含氧材料例如氧气 或水而产生含氧等离子体。
可以使用任何适当的等离子体处理组合，例如第一等离子体区通 过使用一种氦气等离子体，可以用等离子体处理清洗衬底表面，第二 等离子体区用于涂上一层膜，例如通过上面描述的雾化器或喷雾器的 一种液体或固体喷雾应用。
作为选择，第一组件可以用作一种氧化装置(例如在氧/氦处理 气体中)或作为一层膜的应用，第二等离子体区用于使用不同的前体 涂上第二层膜。作为一个实例，如下处理含有预处理和后处理步骤， 适合于制备一个含有抗污染/燃料外表面的SiOx势垒，可以用于太阳 能电池或者汽车应用中，衬底首先通过He清洗/活化衬底的预处理， 在第一等离子体区接着从聚二甲基硅氧烷前体淀积SiOx，然后进一步 使用氦等离子处理以提供SiOx层额外的交联，最后使用全氟化前体涂 上一层膜。
本发明可以用于形成许多不同类型衬底膜。形成在衬底上的膜的 类型由使用的膜形成材料决定，本方法可以将(共)聚合膜形成单体 材料用于衬底表面上。膜形成材料可以为有机或无机、固体、液体或 气体，或它们的混合物。合适的有机膜形成材料包括羧化物、异丁烯 酸脂、丙烯酸脂、苯乙烯、甲基丙烯腈、链烯和二烯，例如甲基丙烯 酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯，以及 其它烷基甲基丙烯酸酯，以及相应的丙烯酸脂，包括有机功能的甲基 丙烯酸酯和丙烯酸脂，包括缩水甘油甲基丙烯酸酯、三甲氧甲硅烷甲 基丙烯酸丙酯、烯丙基甲基丙烯酸酯、羟乙基甲基丙烯酸酯、羟丙基 甲基丙烯酸酯、二烃基氨基烷基甲基丙烯酸酯，和氟烷基(甲基)丙 烯酸脂、甲基丙烯酸、丙烯酸、反丁烯二酸和酯、甲叉丁二酸(以及 酯)、顺丁烯二酸、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤代链烯，例如全氟 链烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、乙烯、丙烯、烯丙基胺、亚乙烯基卤化 物、丁二烯，丙烯酰胺，例如N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺， 环氧化合物，例如环氧丙基三甲氧基硅烷 (glycidoxypropyltrimethoxysilane)、环氧丙醇、氧化苯乙烯、丁二 烯一氧化物、乙二醇二环氧甘油醚、缩水甘油基甲基丙烯酸酯、双酚 A二环氧甘油醚(及它的低聚物，)、乙烯丙己烯氧化物，导电聚合物， 例如吡咯和噻吩及它们的衍生物，以及含磷化合物，例如二甲基丙稀 膦酸酯。合适的无机膜形成材料包括金属和金属氧化物，包括胶态金 属。有机金属化合物也可以适合于膜形成材料，包括金属醇化物，例 如钛酸盐、锡醇、锆酸盐和锗与铒的醇化物。
作为选择，衬底可以用氧化硅或硅氧烷基膜提供，使用包括含硅 材料的膜形成合成物。合适的含硅材料包括硅烷(例如硅烷、烷基硅 烷、烷基卤硅烷、烷氧基硅烷)和线状(例如聚二甲基硅氧烷)和环 状硅氧烷(例如八甲基环四硅氧烷)，包括有机功能线状和环状硅氧 烷(例如含H-硅，卤素功能和卤烷基功能线状和环状硅氧烷，例如 四甲基环四硅氧烷和三(非氟丁基)三甲基环三硅氧烷(tri (nonofluorobutyl)trimethylcyclotrisiloxane))。可以使用不同含 硅材料的混合物，例如设计衬底膜的物理特性用于特殊需要(例如热 学特性、光学特性，例如折射率和粘弹性特性)。
相对于现有技术本发明的一个优点是液体和固体雾化膜形成材 料都可以用于形成衬底膜，由于本发明的方法发生在大气压条件下。 此外，膜形成材料可以在没有运载气体的情况下引入到等离子体放电 或等离子体流中，即它们可以通过例如直接注入而被直接引入，通过 它膜形成材料直接注入到等离子体中。
用本发明电极在等离子体处理过程中使用的处理气体可以为任 何合适气体，但是优选是一种惰性气体或基于惰性气体的混合物，例 如氦气，氦气和氩气的混合物，基于氩气的混合气体额外包含甲酮和/ 或相关化合物。这些处理气体可以单独使用或者结合体态反应剂使用， 例如氮、氨、O2、H2O、NO2、空气或氢气。最优地，处理气体将单 独为氦气或结合一种氧化或还原气态反应剂。气体的选择依赖于要进 行的等离子体处理。当需要一种氧化或还原气态反应剂时，它将优选 以包括90-99％稀有气体和1-10％氧化或还原气体的混合物使用。
在组件中不想要氧化或还原气体的情况下，可以在启动等离子体 前，用惰性气体或处理气体冲洗组件。典型地，惰性气体可以为例如 氮气。
在氧化条件下根据本发明的组件可以用作形成在衬底上的含氧 膜。例如，可以通过雾化含硅膜形成材料，在衬底表面形成基于氧化 硅的膜。在还原条件下，本方法可以用作形成无氧膜，例如通过雾化 含硅膜形成材料，可以形成基于碳化硅的膜。
在含氮的大气中，氮气可以结合在衬底表面，并且在含有氮气和 氧气的大气中，硝酸盐可以结合和/或形成在衬底表面上。这种气态反 应剂也可以在暴露于液体或固体涂层形成物质之前，用于预处理衬底 表面。例如，含氧等离子体处理衬底可以对涂上的膜提供改进的粘着。 含氧等离子体由含氧材料例如氧气或水进入等离子体而产生。
将要涂覆的衬底可以包括任何合适材料，例如玻璃、金属例如钢、 铝、铜、钛及它们的合金、塑料，例如热塑性塑料，例如，聚烯烃例 如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚亚安酯、聚氯乙烯、聚酯(例如聚 烯烃对苯二酸酯、尤其聚乙烯对苯二酸酯)、聚甲基丙烯酸酯(例如 聚甲基丙烯酸甲酯和羟乙基甲基丙烯酸酯的聚合物)、聚环氧化物、 聚砜、聚亚苯基、聚酮醚、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯、苯酚，环 氧和三聚氰胺-甲醛树脂，以及它们的混合物与共聚物，硅氧烷、织 物、纺织或非纺织纤维、自然纤维、合成纤维纤维素材料和粉末，以 及一种有机聚合物材料和含有机硅的添加剂的混合物，它易混合的或 基本上不与有机聚合物混合，如申请者共同未决专利申请 WO01/40359所描述的。为避免疑问“基本上不混合”意味着含有机硅 的添加剂和有机材料具有足够不同交互参数使得在平衡条件下不混 合。这将是典型地，但不是专有地，当含有机硅的添加剂和有机材料 的溶解参数具有大于0.5MPa1/2的不同的情况。本发明尤其适合处理刚 性和不易弯曲的薄板等，例如使用三电极排列处理金属薄板，以及使 用两电极排列处理塑料。
使用根据本发明的组件进行衬底涂覆可以有各种用途。例如，一 个在氧化气氛中产生的基于氧化硅的膜，可以增强衬底的阻挡和/或扩 散特性，并且可以增强额外材料粘着衬底表面的能力；一个卤素功能 的有机或硅氧烷膜(例如全氟链烯)可以增加衬底的疏水性、疏油性、 抗燃料和污染，和/或释放特性；一个聚二甲基硅氧烷膜可以增强衬底 的抗水性以及释放特性，并且还可以增强接触纤维的柔软性；一个聚 丙烯酸聚合物膜可以用作粘合层以促进与衬底表面的粘着，或作为部 分叠层结构；在膜中包括胶态金属粒可以提供与衬底表面的导电性， 或增强它的光学特性。聚噻吩和聚吡咯给出导电聚合物膜，它还可以 提供金属衬底上的抗腐蚀性。
附图说明
仅仅通过实例参考附图，对如下一些实施例的描述将会更清楚地 理解本发明，其中：
图1是根据本发明使用两电极排列用于不导电衬底的组件横截面 图，
图2是根据本发明使用三电极排列用于导电衬底的组件横截面 图，
图3是根据本发明一个组件的等距贯通，
图4a和4b是一个优选的雾化液体引入系统图，
图5是作为选择的雾化引入系统图，
图6作为选择的处理气体引入系统图，
图7是本发明的设备用于处理一种粉末的一个实施例图。

参考图1和3，提供了一个大气压等离子体组件100，包括一个 等离子体产生单元7，含有基本上圆柱的机身体17，基本上含有圆形 截面，包含一个处理气体入口12用于将处理气体进入单元7。处理气 体用于影响等离子体。提供一个超声喷嘴10用于引入一种反应剂。单 元7还包括一对电极4，两个都镀有或用一种电介质材料3密封。电 极通过一对电极衬垫5保持一个分开的预定距离。电介质镀层电极3， 4从大气压等离子体产生单元7向外伸出。大气压等离子体产生单元7 设计成使得引入单元7的处理气体和反应剂的唯一出口是通过电介质 镀层的电极3，4之间的等离子体区6。
如同大气压等离子体产生单元7，抽取器单元8总体上是基本上 一个圆形截面的圆柱形，由一种电介质材料制成，例如聚丙烯或PVC。 单元7和8是同心的，抽取器单元8具有较大直径。抽取器单元包括 一个凸缘15，它包围电介质镀层电极3，4并在电极3，4和凸缘15 之间形成一个通道，通过它残余处理气体、反应物和副产物被抽取。 凸缘16的末端设计成与衬底1等距离，作为电介质镀层电极3，4的 的基准但是它可以更近一些。抽取器单元8还包括一个到泵的出口18 (未标出)，用于从组件100中抽取残余处理气体、反应剂和副产物。 在凸缘15外面提供调整棒2，使从大气中进入抽取器单元9的空气最 小。调整棒2或者带唇形密封接触衬底1，或者依赖于待处理的衬底 为如在塑料薄膜工业中使用的抗静电棒，使用高静电电位去除掉衬底 表面的静电，并且可任选使用空气喷射去除尘粒。如图1和图2所示 的调整棒是抗静电碳刷。
在本发明的实施例中，大气压等离子体产生单元7固定在适当位 置，衬底1在它下面经过，以任何形式的传送方式(未示出)，基于 传送机不形成组件的一部分的事实，它可以变化以适应被处理的衬底。 从每个电极3，4的端点23到衬底的距离依赖于处理的衬底，但是典 型地，一个几毫米短的距离将端点23和衬底1分开。
在使用中，该组件的放置靠近一个不导电衬底1，使得电极3，4 的端点23以及凸缘15的末端16离衬底表面1的距离未几毫米。衬底 1与抽取器单元8结合形成围绕电介质镀膜电极3，4的腔室。这个腔 室适合于基本上阻止残余处理气体、反应剂和副产物的逃逸，而不是 经由泵通过通道9。一种处理气体通过入口12进入单元7，一种雾化 液体或粉末通过超声喷嘴10引入单元7。处理气体和雾化液体或粉末 在单元7中混合在一起，通过影响湍流，导致湍流优选的选项在下面 参考图3和图4讨论。处理气体/雾化液体或粉末混合物的唯一出口是 通过由电极衬垫5和电介质镀层电极3，4形成的等离子体区。当氦气 经过等离子体区6时，当在电介质镀层3，4之间取得适当电势差时等 离子体受到影响。雾化液体或固体受到等离子体的处理形成活性物质， 然后通过电介质镀层3，4之间的等离子体区6导向衬底1，由此与所 述衬底作用，这也是如上面讨论的在等离子体区中。然后将残余氦气 反应剂和任何副产物从电极端点23下面向上抽取到通道9中，并从出 口18抽出。
在图2中，提供了一个与上面描述的联系图1相同的组件，除了 电极以外。图2所示的组件尤其用于导电衬底例如金属，但是也可以 用于不导电金属衬底。在这个三电极排列中，提供了一个中心电极34， 由一种电介质33封闭。这个封闭的电极的每一边33，34是两个接地 电极37，提供的目的是确保在封闭电极38的基底和衬底1之间的短 路可以避免。在这种排列中，中心电极33，34在通过一个双狭缝电极 衬垫在接地电极37之间的间隙中悬挂，封闭电极33，34的电介质基 底38和衬底1的距离必须大于电介质和接地电极37的距离，以确保 在封闭电极33，34和衬底1表面之间避免电弧。
在使用中，因此在封闭电极33，34和每个接地电极37之间的等 离子体区36中产生等离子体，处理气体和反应剂在通过通道9传送进 抽取器单元8之前经过该区。
图4a和4b指出了一种液体和/固体涂层形成材料(反应剂)和 处理气体进入单元7的两种可选择的方法，以及确保在混合物通过依 赖于使用的电极组件的等离子体区6或36之前，喷雾均匀分布的装置。
在图4a中超声喷嘴10含有一个频率产生电缆13以及一个空气 入口14(空气可以作为一种运载气体用于雾化的液体和/固体涂层形成 材料)。处理气体通过入口12垂直于机身7的主轴引入，使得当气流 对主流轴重定位时，产生的湍流靠近喷嘴10的出口。这种混合过程最 适合于较高的处理气体流速，这可以用于低成本的处理气体例如空气 或氮气。在图4b中，超声喷嘴10固定在机身7的末端，使得沿它的 主轴排列，运载气体通过入口12引入机身7。
图3和图5示出了进一步作为选择的确保处理气体/液体和/或固 体涂层形成材料的均匀分布的装置。这通过在处理气体流场中在喷嘴 20前立即使用一个节流盘11诱导湍流来取得。湍流将在6个圆盘直 径内存在(当圆盘的直径为机身7的直径的一半，圆盘11的1/2导管 直径的下游，因此确保了液体喷射的均匀性。
图6示出了进一步的装置，如果需要空气用于处理气体，通过它 可以引入机身7中，因为一个可变速扇40用于抽取空气进入机身7 中同时影响湍流，使得导致引入空气和通过超声喷嘴10引入机身7 的雾化的液体或粉末之间的混合。
在图7中，提供了一个如图2所示的组件，它位于靠近一个粉末 斜槽50的窄出口48。流化气体在入口52处引入斜槽中，直接到达粉 末中以辅助它的流动性。因为到出口48的变窄，由组件100导致的阻 塞以及处理气体/液体和/或固体涂层形成材料高速离开组件100，处理 气体/液体或从组件100离开的涂覆材料混合物导致了文丘里效应，导 致了带走粉末/气体离开粉末斜槽50，使得粉粒进入大气压等离子体放 电和/或电离气流，在那里导致了在本发明的组件100中涂覆上雾化液 体或固体涂层形成材料。可以使用任何合适的收集等离子体处理粉末 装置。