در شکل (۱-۸)، دانسیته حدودی و دماها یا انرژی­های اجزاء پلاسما در یک پلاسما تحت فشار کم معمول آورده شده است. بعضی اتم­ها و مولکول­ها می­توانند یک الکترون اضافه را در خود جای دهند، بنابراین یک یون منفی ایجاد می­گردد، پایداری اینگونه یون­های منفی با توجه به میل به جذب الکترون و بعضی مقادیر آورده شده در جدول (۱-۲) درجه­بندی می­ شود.

گاز اصلی
فرایند تولید
چگالی ذرات
رادیکالها و اتمها
یون­های پلاسما
یون­های موجود در سطح
الکترون­های پلاسما
۰/۰۱
۱
۱۰۰
دمای ذات یا انرژی اصلی(ev)
شکل (۱-۸) دانسیته­ها و دماها یا نرژی­هایی برای انواع اجزای اصلی در یک پلاسمای معمولی تحت فشار کم [۵۱]
همچنین ساختار الکترونی اتم­ها و مولکول­های اجزاء اصلی امکان دارد با برخورد یک الکترون از پایین­ترین سطح انرژی به بالاترین سطح انرژی، سطح برانگیختگی، برانگیخته شود. سپس انرژی اضافه شده به وسیله­ ساطع کردن نور آزاد می­ شود که در حدود چند ده نانو ثانیه رخ می­دهد، در همین حالت است که اتم­ یا مولکول به حالت پایه خود باز می­گردد. محدوده تابش این نور از مادون قرمز تا ماوراء بنفش گسترده است و همچنین می ­تواند تغییرات شیمیایی را بر روی سطح در تماس با تابش ایجاد کند. قابل ذکر است که در بعضی موارد اتم­ها یا مولکول­های برانگیخته شده دارای ساختار الکترونی هستند که تابش نور را تا چند ثانیه به تأخیر می­اندازند. این حالت با نام کم پایدار شناخته می­ شود و می ­تواند نقش مهمی را در پلاسمای آغازین و شیمی پلاسما ایفا کنند.
اجزاء اصلی (اتم­ها و مولکول­ها) در حالت استراحت قرار ندارند بلکه دارای حرکت مستمر هستند، که شامل دو حرکت می­ شود؛ چرخشی که به دور یک مرکز جرمی و ارتعاشی که در راستای محور معمولش انجام می­ شود. این حرکات چرخشی و ارتعاشی دارای کمترین سطح انرژی هستند، انتقال انرژی به مولکول پس از برخورد می ­تواند سطح حرکات چرخشی و ارتعاشی را تا برانگیختگی در مولکول افزایش دهد. اختلاف انرژی معمولاً در حدود ۰۰۱/۰ تا ۰۱/۰ الکترون ولت برای حرکت چرخشی و ۱/۰ تا ۴/۰ الکترون ولت برای حرکت ارتعاشی باشد. رفتار مولکول در هنگام برخورد می ­تواند به وسیله­ اندازه حرکات چرخشی و ارتعاشی تحت تأثیر قرار بگیرد چون سطوح بالای ارتعاش می­توانند با چند الکترون ولت برانگیخته شوند [۵۱].
برخورد اجزاء پلاسما
فقط در یک گاز خنثی، اجزاء باردار و اجزاء خنثی دارای حرکت، برخورد یا تلاقی و یا واکنش می­ دهند. محیط گازی با حضور اجزاء باردار دارای انرژی، مهمولاً الکترون­ها، به سمت ایجاد محیط یگانه پلاسما می­روند. تعداد بالایی از واکنش­ها وجود دارند که در پلاسما مولکولی می­توانند رخ دهند، در هر برخورد مومنتم و انرژی باید بدون تغییر باشد. برخورد به طور کلی می ­تواند در سه دسته طبقه ­بندی شود:
(الف) برخورد الاستیک که در آن مومنتم بین اجزاء برخورد کننده توزیع می­ شود؛ اجزاء دچار تغییر مسیر می­شوند ولی انرژی جنبشی آنها بدون تغییر باقی می­ماند.
(ب) برخورد غیر الاستیک که در آن مومنتم بین اجزاء برخورد کننده دوباره توزیع می­ شود اما با این تفاوت که مقداری از انرژی جنبشی اولیه به انرژی درونی یکی از اجزاء شرکت کننده انتقال می­یابد. این تجزیه به برانگیختگی یا یونیزه شدن یکی یا هر دو جزء می­انجامد.
(ج) برخورد فوق الاستیک که در آن مومنتم اجزاء برخورد کننده دوباره توزیع می­ شود و انرژی درونی یکی یا هر دو شرکت کننده به انرژی جنبشی نهایی شرکت کننده­ها انتقال می­یابد.
بیشتر برخوردها شامل تنها دو جزء می­باشند. در برخوردهایی در فشارهای بالاتر، حضور سه شرکت کننده محتمل می­باشد. این امر اجازه می­دهد واکنش­های گوناگونی رخ دهد چون جزء سوم مومنتوم را خارج کرده و به دو جزء دیگر اجازه برخوردهایی را را می­دهد که از نظر فیزیکی ممکن نبوده­اند. جزء سوم می ­تواند یک اتم، الکترون و یا یک سطح دیگر باشد. در برخی برخوردهای آشکار دو جزء یک فتون منتشر شده می ­تواند نقش جزء سوم را ایفا کند. در حالت کم پایدار، یک ذخیره انرژی، بین اتم­ها و مولکول­ها روی می­دهد که این اتم­ها و مولکول­ها می­توانند نقش مهمی را در مشخص کردن رفتار جنبشی پلاسما ایفا کنند. حالت برانگیخته دارای حرکات چرخشی و ارتعاشی با طول عمر زیاد است. اگرچه مقدار بیشتر انرژی­های درگیر معمولاً کمتر از انرژی حالت کم پایدار است، اما آنها می­توانند نقش یک مخزن انرژی را برای محیط پلاسما بازی کنند، برای مثال، می­توانند بر روی دمای الکترون در برخوردهای فوق الاستیک تأثیر بگذارند. بعضی از سطوح انرژی اتم یا مولکول ممکن است دارای عمر طولانی باشند، این حالت کم پایدار معمولاً قبل از آنکه اتم یا مولکول­ها انرژی الکترونیکی خود را به دیگر اجزاء پلاسما انتقال دهد، یک برخورد ایجاد می­ کند. ممکن است این انرژی برای یونیزه کردن یک اتم یا مولکول خنثی با پتانسیل یونیزه شدن پایین کافی باشد. این حالت یونیزه شدن را محبوس شدن^[۷۸] می­نامند. گازهای دارای سکون معمولاً دارای حالتکم پایدار طولانی و انرژی بالا هستند [۵۱-۴۹].
برخورد پلاسما و سطح
برخورد­های اجزاء پلاسما­ با سطح در معرض تابش قرار گرفته، ویژه­ترین فعل و انفعال در پروسه کاربردی مواد است. پلاسما می ­تواند انرژی جنبشی را با بهره گرفتن از یون­های شتاب گرفته و همچنین مولکول­های برانگیخته شده از نظر ارتعاشی انتقال دهد و همچنین انرژی شیمیایی را با اتم­های فعال شده با پلاسما و رادیکال­ها و همین­طور انرژی الکترومغناطیس را با خراب کردن ذرات برانگیخته­ی الکترونی انتقال دهد. این فعل و انفعالات با سطح، پیچیده هستند و امکان دارد پروسه­های مختلفی رخ بدهند [۵۱].
واکنش­های اتم، مولکول و سطح
اتم­ها، مولکول­ها و رادیکال­ها با یک توزیع حرارتی از انرژی، به سطح می­رسند که در اکثر فرایندهای نساجی پلاسما در دمایی
بالاتر از دمای محیط قرار خواهد داشت. واکنش­های احتمالی در تابش پلاسما می ­تواند بین اجزاء پلاسما صورت پذیرد[۵۲].
جذب
اتم­ها، مولکول­ها و رادیکال­ها توسط یک میدان مغناطیسی تحت نیروی شتاب دهنده قرار گرفته و می­توانند با سطح پیوند برقرار کنند. از واکنش دو سویه پولاریزاسیون اتم، یک جاذبه الکترواستاتیک ایجاد می­ شود که نشان دهنده نیروی واندروالسی است. با این حالت جذب، که دارای پیوند واندروالسی است جذب فیزیکی گفته می­ شود. این یک پیوند ضعیف با انرژی پیوند حدود ۰۱/۰ تا ۲۵/۰ الکترون ولت است. اگر یک پیوند شیمیایی ایجاد شود؛ در این حالت یک تبادل الکترون والانس بین اتم­های برخوردکننده رخ داده است، این حالت را جذب شیمیایی می­گویند و انرژی آن مانند انرژی پیوندهای شیمیایی، یعنی در حدود ۴/۰ تا ۴ الکترون ولت خواهد بود[۵۱].
پراکنش
سطحی که در مقابل پلاسما قرار می­گیرد همیشه سطحی با بار منفی است در صورت برخورد یک یون(مثلاًA) با انرژی کافی به سطح، باعث جدا شدن یک اتم می­ شود که به این عمل پراکنش گفته می­ شود.
+A+D
در این شرایطD در معادله­ بالا می ­تواند یک اتم از سطح جامد یا اتم چسبیده به آن سطح باشد. این اتم­های خنثی جدا شده از سطح با انرژی جنبشی چند الکترون ولت وارد محیط پلاسما می­شوند. تقریباً %۹۵ ازاتم­های پراکنش شده از سطح با ضخامتی در حدود چند آنگستروم، درنتیجه برخورد پی در پی با سطح جامد از سطح جدا می­شوند.
اتم­ها و مولکول­های برخورد کننده که به سطح می­چسبند اجزاء مواد جذب شده هستند. اگر Aیک اتم در حال برخورد باشد و S سطح باشد هر دو حالت پدیده جذب در واکنش زیر ارائه شده است.
یک مولکول در حال برخورد ((A=B با پیوند چندگانه می ­تواند با شکستن یکی از پیوندهایش به صورت شیمیایی جذب شود.
درحالیکه مولکول­های تک پیوندی غالباً تجزیه شده و به صورت جداگانه با سطح پیوند برقرار می­ کنند.
امروزه تنوع زیاد و در حال رشدی برای تولید گازهای یونیزه قابل استفاده در صنایع نساجی وجود دارد. در گازهای یونیزه شده، مخصوصاً در پلاسما، گونه­ های فعال می­توانند به وسیله برخورد یک الکترون پرانرژی با مولکول ماده تشکیل دهنده سطح تولید شوند. چون انتقال مومنتم بین الکترون­ها و مولکول­های گازی سنگین­تر و یون­های پلاسما خیلی کارآمد نیست، به عنوان یک نتیجه می­توان گفت در پلاسما­، قابلیت فعالیت بالای شیمیایی می ­تواند خصوصاً در فشار پایین گاز و اجزاء باردار چگال و در محیطی که دمای یون و گاز نزدیک به دمای محیط باشد کاربردی شود.
پلاسما به صورت یک مجموعه از بارهای مثبت و منفی است که به صورت تجمعی رفتار می­ کنند. این نشان می­دهد که بارها نه تنها بر هم نیرو اعمال می­ کنند بلکه این نیروها، نیروهای غالب نیز هستند. گازها در یک دمای مطلق(غیر صفر) دارای تعدادی اتم یونیزه شده هستند که به صورت یونهای مثبت و منفی می­باشند. این ذرات باردار در گازها هنگامی توانایی تغییر خصوصیات گازها را دارند که غلظت یونها به حدی رسیده باشد که حرکت ذزات گاز را محدود نماید. پلاسما به دو روش سرد و گرم وجود دارد [۵۳].
انواع پلاسما
پلاسمای گرم
در پلاسمای گرم الکترون­ها و اجزاء اتمی و مولکولی در دمای خیلی زیاد وجود دارند و پلاسما در این حالت تقریباً به­ طور کاملاً یونیزه شده و به تعادل کامل ترمودینامیکی نزدیک شده است. موارد مصرف این نوع پلاسما در فن آوری لیزری صنایع هسته­ای و متالورژی می­باشد. در این پلاسما دمای الکترون ◦k100000 و دمای یون k◦۱۲۷۳ می­باشد که با دمای اتم یکسان است [۵۱].
پلاسمای سرد
در پلاسمای سرد الکترون­ها در دمای بالا و اجزاء اتمی و مولکولی در دمای پایین می­باشند؛ به عبارت دیگر، درجه یونیزاسیون آن پایین است که به آن پلاسمای غیر­گرمایی و یا غیر­تعادلی هم گفته می­ شود. پلاسمای سرد گازی است که از الکترون­ها، یون­های مثبت و منفی، اتم­ها و مولکول­های گاز خنثی، رادیکال­های آزاد، اجزاء برانگیخته و فوتون­ها تشکیل شده است. همانطورکه گفته شد در این نوع پلاسما اجزاء اتمی، مولکولی و یونی دارای دمای اتاق هستند ولی دمای الکترون­ها K◦ ۳۰۰۰ -۲۰۰۰ می­باشد. پلاسمای سرد به دو روش تخلیه هاله­ای^[۷۹] و تخلیه الکترونی^[۸۰] می­باشد. گازهای سرد پلاسما اغلب برای اصلاح سطح پلیمرها بکار برده می­شوند و به تازگی برای اصلاح پارچه­های نساجی حاصل از الیاف طبیعی و مصنوعی نیز استفاده می­شوند. عملیات با پلاسمای گازهای مختلف شامل نیتروژن، اکسیژن، آمونیاک، گازهای ترکیبی… به ­طور گسترده­ای می ­تواند موجب تغییر جذب آب از آبدوستی متعادل به حالت غیر­آبدوستی زیاد شود.
در یک راکتور پلاسما، واکنش­های شیمیایی به دو دسته واکنش همگن و غیرهمگن تقسیم می­گردند. واکنش غیرهمگن بین ذرات پلاسما و سطح جامد که در حال غوطه­وری یا تماس با پلاسما هستند انجام می­ شود، ولی واکنش همگن بین ذرات در فاز گاز اتفاق می­افتد که به عنوان نتیجه­ای از برخورد غیر­الاستیک بین الکترون­ها و ذرات سنگین و یا بین ترکیبات ذرات سنگین اتفاق می­افتد. میدان مغناطیسی خارجی انرژی الکترون­ها را تأمین می­ کنند و الکترون­ها نیز آن را به گاز منتقل می­ کنند، تا پلاسما را به­ صورت متحرک نگهداری نمایند [۵۲-۵۰].
فرایند پلاسما را می­توان در حالت­های گوناگون انجام داد:

• زمینه را می­توان خارج منطقه پلاسما قرار داد.

• زمینه را می­توان مستقیماً در منطقه پلاسما تحت تکمیل قرار داد.

• زمینه را می­توان با یک محلول پلیمری یا گاز تکمیل کرد که به وسیله عملیات پلاسمای بعدی ثابت یا پلیمریزه می­ شود.

• زمینه را می­توان در پلاسما فعال کرد و سپس عمل پلیمریزاسیون به طریقه گرافت روی آن انجام داد.

فرایند پلاسما در دمای پایین را می­توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:

• حکاکی^[۸۱]: برداشتن لایه­ای از سطح

• پوشش^[۸۲]: اضافه کردن ماده جدید به سطح

• اصلاح^[۸۳]: تغییر فیزیکی- شیمیایی سطح