1. Co je to plazma?
Plazma, čtvrté skupenství hmoty, je ionizovaná plynná látka složená z atomů, přičemž některé elektrony jsou odstraněny a kladné a záporné ionty vzniklé po ionizaci atomů. Tento ionizovaný plyn se skládá z atomů, molekul, atomových skupin, iontů a elektronů. Jeho aplikací na povrch předmětů lze dosáhnout ultračistého čištění, aktivace povrchu, leptání a plazmového povrchového lakování předmětů.
2. Jak uměle získat plazmu？
Plazma může být generováno umělými prostředky, jako je jaderná fúze, jaderné štěpení, doutnavý výboj a různé typy výbojů. Různé typy plazmatu mohou být také produkovány metodami umělého výboje, zejména včetně: záře (zářivky), oblouku (elektrický oblouk) a korónového výboje (často pozorovaného kolem vedení vysokého napětí). Pro precizní čištění povrchů, aktivaci a úpravu povrchů, ale i povrchové zpracování bioinženýrských materiálů, plastů a papíru se většinou používá nízkoteplotní plazma generovaná doutnavým výbojem, korónovým výbojem a dielektrickým bariérovým výbojem.
Ve vysokofrekvenčním elektrickém poli se molekuly plynu jako kyslík, dusík, metan a vodní pára pod nízkým tlakem mohou během doutnavého výboje rozložit na urychlené atomy a molekuly. Takto generované elektrony a atomy a molekuly disociované na kladný a záporný náboj se srážejí s okolními molekulami nebo atomy, což má za následek excitaci elektronů v molekulách a atomech, které jsou samy v excitovaném nebo iontovém stavu. V tomto bodě je stav hmoty ve stavu plazmy.
3. Jaké typy plazmy existují?
1) Vysokoteplotní plazma a nízkoteplotní plazma. Vysokoteplotní plazma označuje plně ionizované nebo lokálně tepelně ekvilibrované plazma, kde je teplota elektronů přesně rovna teplotě iontů a plynu. Teploty všech částic jsou téměř totožné. Teplota je extrémně vysoká, obvykle dosahuje 10 6-10 8 K (přibližně 100-100 milionů stupňů Celsia). Nízkoteplotní plazma je v netepelném rovnovážném stavu, kdy teplota elektronů je mnohem vyšší než teploty iontů a neutrálních částic. Vzhledem k nadměrné intenzitě působení vysokoteplotního plazmatu na povrch předmětů se v praktických aplikacích používá jen zřídka a v současné době je uváděno pouze nízkoteplotní plazma.
2) Plazma reaktivních a nereaktivních plynů. Tato klasifikace je založena na chemických vlastnostech plynů používaných k výrobě plazmatu. Mezi nereaktivní plyny patří argon (Ar), dusík (N2), fluorid dusnatý (NF3), fluorid uhličitý (CF4) atd., mezi reaktivní plyny patří kyslík (O2), vodík (H2) atd. Reakční mechanismy různých typů plynů při procesu čištění jsou různé, přičemž plazma reaktivních plynů vykazuje silnější chemickou reaktivitu.
4. Jaké jsou interakce mezi plazmatem a povrchem předmětu?
Chemická reakce mezi plazmatem a povrchem obrobku je zcela odlišná od běžných chemických reakcí. V důsledku bombardování vysokorychlostními elektrony může mnoho plynů nebo par, které jsou stabilní při pokojové teplotě, reagovat s povrchem obrobku ve formě plazmy, čímž vzniká mnoho jedinečných a užitečných efektů:
1) Čištění a leptání: Například při čištění se často jako pracovní plyn používá kyslík. Při bombardování urychlenými elektrony se přeměňuje na kyslíkové ionty a volné radikály, které vykazují silné oxidační vlastnosti. Nečistoty na povrchu obrobku, jako je mastnota, tavidlo, fotorezist, separační činidlo a děrovací olej, se rychle oxidují na oxid uhličitý a vodu, které jsou poté odčerpány vakuovou pumpou, čímž se dosáhne cíle čištění povrchu a zlepšení smáčivosti a přilnavosti. Nízkoteplotní plazmová úprava zahrnuje pouze mělký povrch (<10nm) materiálu a neovlivňuje vlastnosti sypkého materiálu. Protože čištění plazmou probíhá ve vysokém vakuu, různé aktivní ionty v plazmatu mají dlouhou střední volnou dráhu a jejich penetrační a permeační schopnosti jsou silné, což umožňuje ošetření složitých struktur, včetně jemných trubiček a slepých otvorů.
2) Zavedení funkčních skupin: Plazmové ošetření polymerních materiálů plyny jako N2, NH3, O2 a SO2 může změnit chemické složení povrchu a zavést odpovídající nové funkční skupiny: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H atd. Tyto funkční skupiny mohou transformovat zcela inertní substráty, jako je polyethylen, polypropylen, polystyren a polytetrafluoretylen, polární funkcionalita, schopnost zpevnění povrchu, reaktivita a reaktivita smáčení. výrazně zvyšuje jejich užitnou hodnotu. Na rozdíl od kyslíkové plazmy může nízkoteplotní plazmové ošetření plyny obsahujícími fluor zavést atomy fluoru na povrch substrátu, čímž substrátu propůjčí hydrofobnost.
3) Polymerizace: Mnoho vinylových monomerů, jako je etylen a styren, může podléhat polymeraci na povrchu obrobků v plazmových podmínkách bez potřeby jakýchkoli dalších katalyzátorů nebo iniciátorů. Dokonce i látky, které nelze polymerovat za konvenčních podmínek, jako je metan, ethan a benzen, mohou podléhat síťovací polymeraci na povrchu obrobků v podmínkách plazmy. Tato polymerizovaná vrstva může být velmi hustá a pevně spojená se substrátem. V zahraničí jsou plastové pivní láhve a automobilové palivové nádrže potaženy tak hustou vrstvou prostřednictvím plazmové polymerace, aby se zabránilo mikroúnikům. Povrch biomedicínských polymerních materiálů může být také potažen touto hustou vrstvou, aby se zabránilo difúzi toxických látek, jako jsou plastifikátory, z plastu do lidských tkání. Optické komponenty mohou být často potaženy vhodným optickým filmem na jejich povrchu pomocí opatření plazmové polymerace, aby se zlepšil výkon optických komponent.
4) Plazmou indukované roubování:
Proces zahrnuje generování aktivních volných radikálů na povrchu polymerních materiálů prostřednictvím předúpravy plazmou, která spouští polymeraci vinylových monomerů na povrchu materiálu. Plazma může také vyvolat roubovací reakce na určitých nepravidelných površích, jako jsou vnitřní stěny lahví. Výběrem vhodných roubovacích monomerů a řízením vhodných podmínek roubovací reakce lze změnit hydrofilitu nebo vodoodpudivost, adhezi, odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení, vodivost, selektivitu permeability a biokompatibilitu materiálu. Proto je plazmové roubování vysoce inovativní a má skvělé vyhlídky na použití.
