1. Какво е плазма?
Плазмата, четвъртото състояние на материята, е йонизирано газообразно вещество, съставено от атоми с някои откъснати електрони и положителни и отрицателни йони, генерирани след йонизацията на атомите. Този йонизиран газ се състои от атоми, молекули, атомни групи, йони и електрони. Прилагането му върху повърхността на предметите може да постигне ултра-чисто почистване, повърхностно активиране, ецване и плазмено повърхностно покритие на предмети.
2. Как изкуствено да се получи плазма？
Плазмата може да се генерира чрез изкуствени средства като ядрен синтез, ядрен делене, тлеещ разряд и различни видове разряди. Различни видове плазма също могат да бъдат произведени чрез методи за изкуствен разряд, включително основно: светене (флуоресцентни лампи), дъга (електрическа дъга) и коронен разряд (често наблюдаван около линии с високо напрежение). За прецизно повърхностно почистване, повърхностно активиране и модифициране, както и повърхностна обработка на биоинженерни материали, пластмаси и хартия, се използва предимно нискотемпературна плазма, генерирана от тлеещ разряд, коронен разряд и диелектричен бариерен разряд.
Във високочестотно електрическо поле газови молекули като кислород, азот, метан и водна пара под ниско налягане могат да се разложат на ускорени атоми и молекули по време на тлеещ разряд. Генерираните по този начин електрони и атомите и молекулите, дисоциирани на положителни и отрицателни заряди, се сблъскват с околните молекули или атоми, което води до възбуждане на електрони в молекулите и атомите, които самите са във възбудено или йонно състояние. В този момент състоянието на материята е в състояние на плазма.
3. Какви видове плазма има?
1) Високотемпературна плазма и нискотемпературна плазма. Високотемпературната плазма се отнася до напълно йонизирана или локално термично уравновесена плазма, където температурата на електроните е точно равна на температурите на йони и газове. Температурите на всички частици са почти еднакви. Температурата е изключително висока, обикновено достигаща 10 6−10 8 K (приблизително 100-100 милиона градуса по Целзий). Нискотемпературната плазма е в състояние на нетермично равновесие, където температурата на електроните е много по-висока от температурите на йони и неутрални частици. Поради прекомерната интензивност на ефекта на високотемпературната плазма върху повърхността на обектите, тя рядко се използва в практически приложения и в момента се използва само нискотемпературна плазма.
2) Плазма от реактивни и нереактивни газове. Тази класификация се основава на химичните свойства на газовете, използвани за генериране на плазма. Нереактивните газове включват аргон (Ar), азот (N2), азотен флуорид (NF3), въглероден тетрафлуорид (CF4) и др., докато реактивните газове включват кислород (O2), водород (H2) и др. Реакционните механизми на различните видове газове по време на процеса на почистване са различни, като плазмата от реактивни газове проявява по-силна химическа реактивност.
4. Какво е взаимодействието между плазмата и повърхността на обекта?
Химическата реакция между плазмата и повърхността на детайла е доста различна от конвенционалните химични реакции. Поради бомбардирането на високоскоростни електрони, много газове или изпарения, които са стабилни при стайна температура, могат да реагират с повърхността на детайла под формата на плазма, произвеждайки много уникални и полезни ефекти:
1) Почистване и ецване: Например, по време на почистване, кислородът често се използва като работен газ. Когато е бомбардиран от ускорени електрони, той се превръща в кислородни йони и свободни радикали, които проявяват силни окислителни свойства. Замърсители по повърхността на детайла, като грес, флюс, фоторезист, освобождаващ агент и масло за щанцоване, бързо се окисляват до въглероден диоксид и вода, които след това се изпомпват от вакуумна помпа, постигайки целта за почистване на повърхността и подобряване на омокряемостта и адхезията. Нискотемпературната плазмена обработка включва само плитката повърхност (<10n) на материала и не засяга свойствата на насипния материал. Тъй като плазменото почистване се извършва под висок вакуум, различните активни йони в плазмата имат дълъг среден свободен път и техните способности за проникване и проникване са силни, което позволява обработката на сложни структури, включително фини тръби и глухи отвори.
2) Въвеждане на функционални групи: Плазменото третиране на полимерни материали с газове като N2, NH3, O2 и SO2 може да промени химичния състав на повърхността и да въведе съответните нови функционални групи: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H и т.н. Тези функционални групи могат да трансформират напълно инертни субстрати като полиетилен, полипропилен, полистирен и политетрафлуоретилен във функционализирани материали, подобрявайки повърхността полярност, омокряемост, свързваемост, реактивност и значително увеличаване на тяхната използваема стойност. За разлика от кислородната плазма, нискотемпературната плазмена обработка с флуорсъдържащи газове може да въведе флуорни атоми върху повърхността на субстрата, придавайки хидрофобност на субстрата.
3) Полимеризация: Много винилови мономери, като етилен и стирен, могат да претърпят полимеризация върху повърхността на детайлите при плазмени условия без необходимост от други катализатори или инициатори. Дори вещества, които не могат да бъдат полимеризирани при конвенционални условия, като метан, етан и бензен, могат да претърпят омрежваща полимеризация на повърхността на детайлите при плазмени условия. Този полимеризиран слой може да бъде много плътен и силно свързан със субстрата. В чужди страни пластмасовите бутилки за бира и резервоарите за автомобилно гориво са покрити с такъв плътен слой чрез плазмена полимеризация, за да се предотврати микроизтичане. Повърхността на биомедицинските полимерни материали също може да бъде покрита с този плътен слой, за да се предотврати дифузията на токсични вещества като пластификатори от пластмасата в човешките тъкани. Оптичните компоненти често могат да бъдат покрити с подходящ оптичен филм върху тяхната повърхност чрез мерки за плазмена полимеризация, за да се подобри работата на оптичните компоненти.
4) Индуцирано от плазма присаждане:
Процесът включва генериране на активни свободни радикали върху повърхността на полимерните материали чрез предварителна плазмена обработка, която задейства полимеризацията на винилови мономери върху повърхността на материала. Плазмата може също така да предизвика реакции на присаждане върху определени неправилни повърхности, като вътрешните стени на бутилки. Чрез избор на подходящи мономери за присаждане и контролиране на подходящите условия на реакция на присаждане, хидрофилността или водоотблъскването, адхезията, устойчивостта на корозия, устойчивостта на износване, проводимостта, селективността на пропускливостта и биосъвместимостта на материала могат да бъдат променени. Следователно плазменото присаждане е изключително иновативно и има големи перспективи за приложение.
