1. Ano ang plasma?
Ang Plasma, ang ikaapat na estado ng matter, ay isang ionized gaseous substance na binubuo ng mga atom na may ilang electron na natanggal at positibo at negatibong mga ion na nabuo pagkatapos ng ionization ng mga atoms. Ang ionized gas na ito ay binubuo ng mga atoms, molecules, atomic groups, ions, at electron. Ang paglalapat nito sa ibabaw ng mga bagay ay maaaring makamit ang ultra-malinis na paglilinis, pag-activate sa ibabaw, pag-ukit, at patong ng ibabaw ng plasma ng mga bagay.
2. Paano makakuha ng artipisyal na plasma？
Ang plasma ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng mga artipisyal na paraan tulad ng nuclear fusion, nuclear fission, glow discharge, at iba't ibang uri ng discharges. Ang iba't ibang uri ng plasma ay maaari ding gawin sa pamamagitan ng mga paraan ng artipisyal na discharge, pangunahin kasama ang: glow (fluorescent lamp), arc (electric arc), at corona discharge (madalas na nakikita sa paligid ng mga high-voltage na linya). Para sa tumpak na paglilinis ng ibabaw, pag-activate at pagbabago sa ibabaw, pati na rin ang pagproseso sa ibabaw ng mga bioengineering na materyales, plastik, at papel, kadalasang ginagamit ang low-temperature na plasma na nabuo ng glow discharge, corona discharge, at dielectric barrier discharge.
Sa isang high-frequency na electric field, ang mga molekula ng gas tulad ng oxygen, nitrogen, methane, at singaw ng tubig sa ilalim ng mababang presyon ay maaaring mabulok sa pinabilis na mga atomo at molekula sa panahon ng paglabas ng glow. Ang mga electron ay nabuo sa ganitong paraan at ang mga atomo at molekula na nahiwalay sa positibo at negatibong mga singil ay nagbanggaan sa mga nakapaligid na molekula o atomo, na nagreresulta sa paggulo ng mga electron sa mga molekula at atomo, na mismo ay nasa isang excited o ionic na estado. Sa puntong ito, ang estado ng bagay ay nasa estado ng plasma.
3. Anong mga uri ng plasma ang nariyan?
1) Mataas na temperatura na plasma at mababang temperatura na plasma. Ang high-temperature plasma ay tumutukoy sa ganap na ionized o lokal na thermally equilibrated na plasma kung saan ang temperatura ng electron ay eksaktong katumbas ng temperatura ng ion at gas. Ang mga temperatura ng lahat ng mga particle ay halos magkapareho. Napakataas ng temperatura, karaniwang umaabot sa 10 6−10 8 K (humigit-kumulang 100-100 milyong degrees Celsius). Ang mababang temperatura na plasma ay nasa isang non-thermal equilibrium na estado, kung saan ang temperatura ng elektron ay mas mataas kaysa sa mga temperatura ng mga ion at neutral na mga particle. Dahil sa labis na intensity ng epekto ng mataas na temperatura na plasma sa ibabaw ng mga bagay, ito ay bihirang ginagamit sa mga praktikal na aplikasyon, at sa kasalukuyan ay ang mababang temperaturang plasma lamang ang ginagamit.
2) Plasma ng reactive at non-reactive na mga gas. Ang pag-uuri na ito ay batay sa mga kemikal na katangian ng mga gas na ginagamit upang makabuo ng plasma. Kabilang sa mga non-reactive na gas ang argon (Ar), nitrogen (N2), nitrogen fluoride (NF3), carbon tetrafluoride (CF4), atbp., habang ang mga reactive na gas ay kinabibilangan ng oxygen (O2), hydrogen (H2), atbp. Ang mga mekanismo ng reaksyon ng iba't ibang uri ng gas sa panahon ng proseso ng paglilinis ay iba, na may plasma ng mga reaktibong gas na nagpapakita ng mas malakas na chemical reactivity.
4. Ano ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng plasma at ibabaw ng bagay?
Ang kemikal na reaksyon sa pagitan ng plasma at ang ibabaw ng isang workpiece ay lubos na naiiba mula sa maginoo na mga kemikal na reaksyon. Dahil sa pambobomba ng mga high-speed electron, maraming mga gas o singaw na matatag sa temperatura ng silid ang maaaring tumugon sa ibabaw ng workpiece sa anyo ng plasma, na gumagawa ng maraming kakaiba at kapaki-pakinabang na mga epekto:
1) Paglilinis at pag-ukit: Halimbawa, sa panahon ng paglilinis, kadalasang ginagamit ang oxygen bilang gumaganang gas. Kapag binomba ng pinabilis na mga electron, ito ay na-convert sa oxygen ions at free radicals, na nagpapakita ng malakas na oxidizing properties. Ang mga contaminant sa ibabaw ng workpiece, tulad ng grease, flux, photoresist, release agent, at punch oil, ay mabilis na na-oxidize sa carbon dioxide at tubig, na pagkatapos ay ibobomba palayo ng vacuum pump, na makamit ang layunin ng paglilinis sa ibabaw at pagpapabuti ng pagkabasa at pagdikit. Ang low-temperature na plasma treatment ay kinasasangkutan lamang ng mababaw na ibabaw (<10nm) ng materyal at hindi nakakaapekto sa mga katangian ng bulk material. Dahil ang paglilinis ng plasma ay ginagawa sa ilalim ng mataas na vacuum, ang iba't ibang mga aktibong ion sa plasma ay may mahabang mean free path, at ang kanilang mga kakayahan sa pagtagos at permeation ay malakas, na nagpapagana sa paggamot ng mga kumplikadong istruktura, kabilang ang mga pinong tubo at butas na butas.
2) Pagpapakilala ng mga functional na grupo: Ang paggamot sa plasma ng mga polymer na materyales na may mga gas tulad ng N2, NH3, O2, at SO2 ay maaaring baguhin ang kemikal na komposisyon ng ibabaw at ipakilala ang kaukulang mga bagong functional na grupo: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, atbp. Ang mga functional group na ito ay maaaring magbago ng ganap na hindi gumagalaw na substrates tulad ng polyethylene, polypropylene at polyetrastyrene enforcer na materyales sa functional na ibabaw. polarity, wettability, bondability, reaktibiti, at lubos na pagtaas ng kanilang halaga ng paggamit. Sa kaibahan sa oxygen plasma, ang mababang temperatura na paggamot sa plasma na may mga gas na naglalaman ng fluorine ay maaaring magpasok ng mga atomo ng fluorine sa ibabaw ng substrate, na nagbibigay ng hydrophobicity sa substrate.
3) Polymerization: Maraming vinyl monomer, tulad ng ethylene at styrene, ay maaaring sumailalim sa polymerization sa ibabaw ng mga workpiece sa ilalim ng mga kondisyon ng plasma nang hindi nangangailangan ng anumang iba pang mga catalyst o initiator. Kahit na ang mga sangkap na hindi maaaring i-polymerize sa ilalim ng mga kumbensyonal na kondisyon, tulad ng methane, ethane, at benzene, ay maaaring sumailalim sa cross-linking polymerization sa ibabaw ng mga workpiece sa ilalim ng mga kondisyon ng plasma. Ang polymerized layer na ito ay maaaring maging napakasiksik at malakas na nakagapos sa substrate. Sa mga dayuhang bansa, ang mga plastik na bote ng beer at mga tangke ng gasolina ng sasakyan ay pinahiran ng gayong siksik na layer sa pamamagitan ng plasma polymerization upang maiwasan ang micro-leakage. Ang ibabaw ng mga biomedical polymer na materyales ay maaari ding lagyan ng siksik na layer na ito upang maiwasan ang pagsasabog ng mga nakakalason na sangkap tulad ng mga plasticizer mula sa plastic patungo sa mga tisyu ng tao. Ang mga optical na bahagi ay kadalasang nababalutan ng naaangkop na optical film sa kanilang ibabaw sa pamamagitan ng plasma polymerization measures, upang mapahusay ang pagganap ng mga optical component.
4) Plasma-induced grafting:
Ang proseso ay nagsasangkot ng pagbuo ng mga aktibong libreng radical sa ibabaw ng mga polymer na materyales sa pamamagitan ng plasma pretreatment, na nag-trigger ng polymerization ng vinyl monomer sa ibabaw ng materyal. Ang plasma ay maaari ring mag-udyok ng mga reaksyon ng paghugpong sa ilang mga hindi regular na ibabaw, tulad ng mga panloob na dingding ng mga bote. Sa pamamagitan ng pagpili ng naaangkop na grafting monomers at pagkontrol sa naaangkop na grafting reaction condition, ang hydrophilicity o water repellency, adhesion, corrosion resistance, wear resistance, conductivity, permeability selectivity, at biocompatibility ng materyal ay maaaring mabago. Samakatuwid, ang plasma grafting ay lubos na makabago at mayroong mahusay na mga prospect ng aplikasyon.
