1. Hvad er plasma?
Plasma, den fjerde tilstand af stof, er et ioniseret gasformigt stof sammensat af atomer med nogle elektroner strippet væk og positive og negative ioner genereret efter ionisering af atomer. Denne ioniserede gas består af atomer, molekyler, atomgrupper, ioner og elektroner. Dens påføring på overfladen af genstande kan opnå ultra-ren rengøring, overfladeaktivering, ætsning og plasmaoverfladebelægning af genstande.
2. Hvordan man kunstigt opnår plasma?
Plasma kan genereres gennem kunstige midler såsom nuklear fusion, nuklear fission, glødeudladning og forskellige typer udledninger. Forskellige typer plasma kan også produceres gennem kunstige udladningsmetoder, hovedsageligt, herunder: glød (fluorescerende lamper), lysbue (elektrisk lysbue) og koronaudladning (sees ofte omkring højspændingsledninger). Til præcis overfladerensning, overfladeaktivering og -modifikation samt overfladebehandling af bioingeniørmaterialer, plast og papir, bruges lavtemperaturplasma genereret af glødeudladning, koronaudladning og dielektrisk barriereudladning mest.
I et højfrekvent elektrisk felt kan gasmolekyler som oxygen, nitrogen, metan og vanddamp under lavt tryk nedbrydes til accelererede atomer og molekyler under glødeudladning. Elektronerne, der dannes på denne måde, og atomerne og molekylerne, der er dissocieret i positive og negative ladninger, kolliderer med omgivende molekyler eller atomer, hvilket resulterer i excitation af elektroner i molekylerne og atomerne, som selv er i en exciteret eller ionisk tilstand. På dette tidspunkt er stoffets tilstand i plasmatilstand.
3. Hvilke plasmatyper findes der?
1) Højtemperaturplasma og lavtemperaturplasma. Højtemperaturplasma refererer til fuldt ioniseret eller lokalt termisk ækvilibreret plasma, hvor elektrontemperaturen er nøjagtigt lig med ion- og gastemperaturerne. Temperaturerne for alle partikler er næsten identiske. Temperaturen er ekstrem høj og når typisk 10 6−10 8 K (ca. 100-100 millioner grader Celsius). Lavtemperaturplasma er i en ikke-termisk ligevægtstilstand, hvor elektrontemperaturen er meget højere end temperaturen af ioner og neutrale partikler. På grund af den overdrevne intensitet af virkningen af højtemperaturplasma på overfladen af genstande bruges det sjældent i praktiske applikationer, og i øjeblikket tages kun lavtemperaturplasma i brug.
2) Plasma af reaktive og ikke-reaktive gasser. Denne klassificering er baseret på de kemiske egenskaber af de gasser, der bruges til at generere plasma. Ikke-reaktive gasser omfatter argon (Ar), nitrogen (N2), nitrogenfluorid (NF3), kulstoftetrafluorid (CF4) osv., mens reaktive gasser omfatter oxygen (O2), brint (H2) osv. Reaktionsmekanismerne for forskellige typer gasser under rensningsprocessen er forskellige, idet plasma af reaktive gasser udviser stærkere kemisk reaktivitet.
4. Hvad er samspillet mellem plasma og objektets overflade?
Den kemiske reaktion mellem plasma og overfladen af et emne er helt anderledes end konventionelle kemiske reaktioner. På grund af bombardementet af højhastighedselektroner kan mange gasser eller dampe, der er stabile ved stuetemperatur, reagere med overfladen af emnet i form af plasma, hvilket producerer mange unikke og nyttige effekter:
1) Rengøring og ætsning: For eksempel ved rengøring bruges ilt ofte som arbejdsgas. Når det bombarderes af accelererede elektroner, omdannes det til oxygenioner og frie radikaler, som udviser stærke oxiderende egenskaber. Forurenende stoffer på overfladen af emnet, såsom fedt, flusmiddel, fotoresist, slipmiddel og stanseolie, oxideres hurtigt til kuldioxid og vand, som derefter pumpes væk af en vakuumpumpe, hvilket opnår målet om at rense overfladen og forbedre befugtningsevnen og vedhæftningen. Plasmabehandling ved lav temperatur involverer kun den lave overflade (<10nm) af materialet og påvirker ikke bulkmaterialets egenskaber. Fordi plasmarensning udføres under højvakuum, har de forskellige aktive ioner i plasmaet en lang gennemsnitlig fri vej, og deres penetrations- og permeationsevner er stærke, hvilket muliggør behandling af komplekse strukturer, herunder fine rør og blinde huller.
2) Introduktion af funktionelle grupper: Plasmabehandling af polymermaterialer med gasser som N2, NH3, O2 og SO2 kan ændre overfladens kemiske sammensætning og introducere tilsvarende nye funktionelle grupper: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H osv. Disse funktionelle grupper kan omdanne fuldstændigt inerte substrater såsom polyethylen, polypropylen, funktionaliseret polystyren, polyethylen, polyethylen og polystyren. polaritet, fugtbarhed, bindbarhed, reaktivitet og i høj grad øge deres brugsværdi. I modsætning til oxygenplasma kan lavtemperaturplasmabehandling med fluorholdige gasser introducere fluoratomer på substratoverfladen, hvilket giver hydrofobicitet til substratet.
3) Polymerisering: Mange vinylmonomerer, såsom ethylen og styren, kan polymeriseres på overfladen af emner under plasmabetingelser uden behov for andre katalysatorer eller initiatorer. Selv stoffer, der ikke kan polymeriseres under konventionelle forhold, såsom methan, ethan og benzen, kan gennemgå tværbindingspolymerisation på overfladen af emner under plasmabetingelser. Dette polymeriserede lag kan være meget tæt og stærkt bundet til underlaget. I fremmede lande er plastikølflasker og bilbrændstoftanke belagt med et så tæt lag gennem plasmapolymerisation for at forhindre mikrolækage. Overfladen af biomedicinske polymermaterialer kan også belægges med dette tætte lag for at forhindre diffusion af giftige stoffer såsom blødgøringsmidler fra plastikken til menneskeligt væv. Optiske komponenter kan ofte coates med en passende optisk film på deres overflade gennem plasmapolymerisationsforanstaltninger for at forbedre ydeevnen af de optiske komponenter.
4) Plasma-induceret podning:
Processen involverer generering af aktive frie radikaler på overfladen af polymermaterialer gennem plasmaforbehandling, som udløser polymeriseringen af vinylmonomerer på materialets overflade. Plasma kan også fremkalde podningsreaktioner på visse uregelmæssige overflader, såsom de indre vægge af flasker. Ved at vælge passende podningsmonomerer og kontrollere de passende podningsreaktionsbetingelser kan materialets hydrofilicitet eller vandafvisning, adhæsion, korrosionsbestandighed, slidstyrke, ledningsevne, permeabilitetsselektivitet og biokompatibilitet ændres. Derfor er plasmapodning yderst innovativt og har store anvendelsesmuligheder.
