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等離子體作為物質狀態（固態、液態、氣態、等離子體）中能量最高的第四態物質，由于其具有的化學反應性及一些特異性能，且少污染、無公害等優點使得其在許多領域得到了廣泛的應用。如催化領域、等離子體化學氣相沉積、廢氣處理、超細顆粒生產、刻蝕材料、表面處理以及材料合成等領域都得到了很好的應用。

在低溫等離子體中大約含有6種類型的粒子，包括電子、正離子、負離子、基態的原子或分子、激發態的原子或分子、游離基等。這些粒子通常比化學反應中產生的粒子有更強的活性，且更容易與所接觸的物質發生反應，使得材料表面舊化學鍵斷裂并同時生成新的化學鍵。有研究人員對低溫等離子體改性材料的可行性進行了分析，發現存在于低溫等離子體中的各種粒子的能量均高于一些具有代表性化學鍵的鍵能，從而也就說明了低溫等離子體改性材料的可行性。

碳基材料作為第二次工業革命關鍵性支撐材料之一，迄今在能源、電工、石油和高技術材料等領域應用已十分廣泛。目前對碳基材料改性的方式有3大類，即物理法、化學法和生物法改性。而作為物理化學法之一的低溫等離子體改性方法因其能耗低、成本低、效率高、不影響基體性能、操作簡便和污染小等優點，其在碳基材料改性方面表現出了很好的應用前景。

低溫等離子體處理對碳基材料的改性

碳基材料表面活性基團或官能團的引入

近年來，低溫等離子體對各種碳基材料的改性研究相當活躍。研究發現，在用低溫等離子體對碳基材料進行處理時，在其表面會生成許多的活性基團或官能團。目前使用較多的改性氣氛有N2、O2、空氣、NH3、He、Ar、H2O及幾種氣體的混合氣氛，而所生成的基團或官能團會因放電氣體的不同而不同。如經N2低溫等離子體改性后，在碳基材料表面上會生成較多的含氮基團；經氧氣改性后其表面會生成較多的含氧基團；而經NH3改性后，在碳基材料表面可能會生成更多的含氮的堿性基團。

低溫等離子體改性對碳基材料界面結合能的影響

在等離子體處理的過程中，由于會產生許多的活性極性基團，或者是在碳基體材料表面能形成某種以共價鍵作用而形成的新聚合物層，而這種聚合物的存在就可能會使得組分與基體之間的作用力得到加強，許多研究者把這種作用叫作等離子體接枝作用，且研究還發現不同氣氛條件下的等離子體改性處理對碳材料表面結合能的影響也不盡相同。而從機械力的角度考慮的話，研究認為這主要是等離子體對基體的刻蝕作用而導致組分與基體間的機械力增強。經低溫等離子體處理后，碳基材料的界面結合力會有所變化，這為今后高性能復合型碳基材料的研發提供了一個新的研究方向。

低溫等離子體改性對碳基材料吸附性能的影響

影響碳基材料尤其是活性炭由于其發達的孔隙結構而被廣泛應用于吸附領域。而為了進一步提高其吸附性能，許多研究者運用各種改性方法對其進行了改性研究，其中用等離子體改性的應用研究也比較活躍。研究發現經等離子體改性之后，由于產生許多的化學活性位點，所以導致碳基材料對吸附質的化學性吸附的影響比較明顯。經氮氣、氧氣或其他改性氣氛處理后，碳基材料不論是對金屬離子、大分子有機物還是氣體分子的吸附能力都會有很大的提高。

低溫等離子體改性對碳基材料物理結構的影響

很多研究發現在等離子體改性碳基材料時，用氧氣氣氛改性對碳基材料比表面積和孔結構的影響比較明顯。主要原因是氧原子之間的鍵能較低，在放電過程中更容易形成更多的活性粒子，研究發現在氧等離子體中生成的物種主要有O2+、O+、O2?、O?和O3等，所以氧等離子體對炭的氣化或是刻蝕能力更強，導致對碳基材料的改性更徹底，改性強度更大。

低溫等離子體改性對負載組分分散度的影響

負載型碳基材料的應用目前處在一個什么活躍的階段，尤其是在催化領域的應用更為頻繁。負載型碳基催化劑的一個很明顯的特點就是活性表面大，而常規的負載方法卻很難達到理想的負載效果。研究發現，經低溫等離子體對碳基材料進行表面改性后，負載組分大多呈現出無定形的形式，且很多研究發現改性后對負載組分顆粒的尺寸也會產生明顯的影響，更小的顆粒更有利于其嵌入到炭的孔道內，從而導致炭的活性表面更大，使得碳基催化劑的活性更高。

低溫等離子體處理作為一種對碳基材料有效的改性方法，對其物理化學性能都有著明顯的影響，且在許多領域都表現出明顯的優勢。①對于等離子體改性后對碳材料物理化學性能的顯著影響，再基于碳材料本身的優良性能，等離子體改性技術在吸附和催化領域的應用表現出廣闊的前景，且通過等離子體接枝技術制備出選擇性極高的吸附材料，有望運用于多種工業廢氣的凈化及資源化。②利用等離子體接枝技術制備藥物緩釋載體，即在碳材料表面接枝上目標藥物，以實現藥物靶向運輸。該技術有望在醫療領域得到較好運用。另外，等離子體接枝技術在傳感器生產方面也有望得到應用。即通過接枝技術提高碳材料在有機溶劑或聚合物基體中的分散性，從而提高復合材料對有機溶劑的電阻響應強度和重現性。另外，等離子體改性碳基材料技術在電池材料、信息儲存材料、儲氫材料及人工視網膜材料等領域也有望得到較好應用。