1. پلاسما چیست؟
پلاسما، حالت چهارم ماده، یک ماده گازی یونیزه شده است که از اتم هایی با تعدادی الکترون جدا شده و یون های مثبت و منفی پس از یونیزاسیون اتم ها تولید می شود. این گاز یونیزه شده از اتم ها، مولکول ها، گروه های اتمی، یون ها و الکترون ها تشکیل شده است. استفاده از آن بر روی سطح اجسام می تواند به تمیز کردن فوق العاده تمیز، فعال سازی سطح، اچ کردن و پوشش سطح پلاسما اجسام منجر شود.
2. چگونه پلاسما را به طور مصنوعی بدست آوریم؟
پلاسما را می توان از طریق ابزارهای مصنوعی مانند همجوشی هسته ای، شکافت هسته ای، تخلیه درخشان و انواع مختلف تخلیه تولید کرد. انواع مختلفی از پلاسما را نیز میتوان از طریق روشهای تخلیه مصنوعی تولید کرد که عمدتاً عبارتند از: درخشش (لامپهای فلورسنت)، قوس (قوس الکتریکی) و تخلیه تاج (اغلب در اطراف خطوط ولتاژ بالا دیده میشود). برای تمیز کردن دقیق سطح، فعال سازی و اصلاح سطح، و همچنین پردازش سطحی مواد مهندسی زیستی، پلاستیک و کاغذ، پلاسمای دمای پایین تولید شده توسط تخلیه درخشان، تخلیه تاج و تخلیه مانع دی الکتریک بیشتر استفاده می شود.
در یک میدان الکتریکی با فرکانس بالا، مولکولهای گاز مانند اکسیژن، نیتروژن، متان و بخار آب تحت فشار کم میتوانند در طول تخلیه تابش به اتمها و مولکولهای شتابدار تجزیه شوند. الکترون هایی که از این طریق تولید می شوند و اتم ها و مولکول های تفکیک شده به بارهای مثبت و منفی با مولکول ها یا اتم های اطراف برخورد می کنند و در نتیجه باعث تحریک الکترون ها در مولکول ها و اتم ها می شود که خود در حالت برانگیخته یا یونی هستند. در این مرحله، حالت ماده در حالت پلاسمایی است.
3. چه انواع پلاسما وجود دارد؟
1) پلاسمای با دمای بالا و پلاسمای دمای پایین. پلاسمای دمای بالا به پلاسمای کاملاً یونیزه شده یا به طور موضعی از نظر حرارتی متعادل اطلاق می شود که دمای الکترون دقیقاً برابر با دمای یون و گاز است. دمای همه ذرات تقریباً یکسان است. دما بسیار بالاست و معمولاً به 10-10 6کلوین 8 (تقریباً 100-100 میلیون درجه سانتیگراد) می رسد. پلاسمای دمای پایین در حالت تعادل غیر حرارتی قرار دارد، جایی که دمای الکترون بسیار بالاتر از دمای یون ها و ذرات خنثی است. به دلیل شدت بیش از حد اثر پلاسمای با دمای بالا بر روی سطح اجسام، به ندرت در کاربردهای عملی استفاده می شود و در حال حاضر فقط پلاسمای با دمای پایین مورد استفاده قرار می گیرد.
2) پلاسمای گازهای راکتیو و غیر واکنشی. این طبقه بندی بر اساس خواص شیمیایی گازهای مورد استفاده برای تولید پلاسما است. گازهای غیر واکنشی شامل آرگون (Ar)، نیتروژن (N2)، فلوراید نیتروژن (NF3)، تترا فلوراید کربن (CF4) و غیره هستند، در حالی که گازهای واکنش پذیر شامل اکسیژن (O2)، هیدروژن (H2) و غیره هستند. مکانیسمهای واکنش انواع مختلف گازها در طول فرآیند پاکسازی، با واکنشپذیری واکنش شیمیایی در پلاسما متفاوت است.
4. تعامل بین پلاسما و سطح جسم چیست؟
واکنش شیمیایی بین پلاسما و سطح قطعه کار کاملاً با واکنش های شیمیایی معمولی متفاوت است. به دلیل بمباران الکترون های پرسرعت، بسیاری از گازها یا بخارهایی که در دمای اتاق پایدار هستند، می توانند با سطح قطعه کار به شکل پلاسما واکنش دهند و اثرات منحصر به فرد و مفید بسیاری ایجاد کنند:
1) تمیز کردن و اچ کردن: به عنوان مثال، در هنگام تمیز کردن، اغلب از اکسیژن به عنوان گاز کار استفاده می شود. هنگامی که توسط الکترونهای شتابدار بمباران میشود، به یونهای اکسیژن و رادیکالهای آزاد تبدیل میشود که خواص اکسیدکننده قوی از خود نشان میدهند. آلاینده های سطح قطعه کار مانند گریس، شار، مقاوم در برابر نور، عامل آزاد کننده و روغن پانچ به سرعت به دی اکسید کربن و آب اکسید می شوند و سپس توسط پمپ خلاء پمپ می شوند و به هدف تمیز کردن سطح و بهبود ترشوندگی و چسبندگی می رسند. درمان پلاسما در دمای پایین فقط سطح کم عمق (<10 نانومتر) ماده را شامل می شود و بر خواص مواد حجیم تأثیر نمی گذارد. از آنجایی که تمیز کردن پلاسما تحت خلاء بالا انجام می شود، یون های فعال مختلف در پلاسما دارای یک مسیر آزاد متوسط طولانی هستند، و توانایی نفوذ و نفوذ آنها قوی است، که امکان درمان ساختارهای پیچیده، از جمله لوله های ظریف و سوراخ های کور را فراهم می کند.
2) معرفی گروه های عاملی: عملیات پلاسمایی مواد پلیمری با گازهایی مانند N2، NH3، O2 و SO2 می تواند ترکیب شیمیایی سطح را تغییر دهد و گروه های عاملی جدید مربوطه را معرفی کند: -NH2، -OH، -COOH، -SO3H و غیره. مواد عامل دار، قطبیت سطح، ترشوندگی، چسبندگی، واکنش پذیری را افزایش داده و ارزش استفاده آنها را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. بر خلاف پلاسمای اکسیژن، تصفیه پلاسما در دمای پایین با گازهای حاوی فلوئور میتواند اتمهای فلوئور را به سطح زیرلایه وارد کند و آبگریزی را به بستر بدهد.
3) پلیمریزاسیون: بسیاری از مونومرهای وینیل مانند اتیلن و استایرن می توانند در شرایط پلاسما بدون نیاز به هیچ کاتالیزور یا آغازگر دیگری بر روی سطح قطعه کار پلیمریزاسیون شوند. حتی موادی که تحت شرایط متعارف قابل پلیمریزاسیون نیستند، مانند متان، اتان و بنزن، می توانند تحت شرایط پلاسما بر روی سطح قطعه کار پلیمریزاسیون متقاطع شوند. این لایه پلیمریزه شده می تواند بسیار متراکم باشد و به شدت به بستر چسبیده باشد. در کشورهای خارجی، بطری های پلاستیکی آبجو و مخازن سوخت خودرو با چنین لایه متراکمی از طریق پلیمریزاسیون پلاسما پوشانده می شوند تا از ریزنشت جلوگیری شود. سطح مواد پلیمری زیست پزشکی نیز می تواند با این لایه متراکم پوشانده شود تا از انتشار مواد سمی مانند نرم کننده ها از پلاستیک به بافت های انسانی جلوگیری شود. اجزای نوری اغلب می توانند با یک فیلم نوری مناسب بر روی سطح خود از طریق اقدامات پلیمریزاسیون پلاسما پوشش داده شوند تا عملکرد اجزای نوری افزایش یابد.
4) پیوند ناشی از پلاسما:
این فرآیند شامل تولید رادیکال های آزاد فعال بر روی سطح مواد پلیمری از طریق پیش تصفیه پلاسما است که باعث پلیمریزاسیون مونومرهای وینیل روی سطح مواد می شود. پلاسما همچنین میتواند واکنشهای پیوند را بر روی برخی سطوح نامنظم، مانند دیوارههای داخلی بطریها، القا کند. با انتخاب مونومرهای پیوند مناسب و کنترل شرایط واکنش پیوند مناسب، آب دوستی یا آب گریزی، چسبندگی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، هدایت، گزینش پذیری نفوذپذیری و زیست سازگاری ماده را می توان تغییر داد. بنابراین، پیوند پلاسما بسیار نوآورانه است و چشم انداز کاربردی زیادی دارد.
