Introduction principale de la technologie des surfaces plasma

1. Qu'est - ce que le plasma ？

Le plasma, le quatrième état de la matière, est une substance gazeuse ionisée composée d'atomes dont certains électrons ont été retirés et des ions positifs et négatifs générés après l'ionisation des atomes. Ce gaz ionisé est constitué d'atomes, de molécules, de groupes atomiques, d'ions et d'électrons. Son application sur la surface des objets permet d'obtenir un nettoyage ultra-propre, une activation de surface, une gravure et un revêtement de surface au plasma des objets.

2. Comment obtenir artificiellement du plasma？

Le plasma peut être généré par des moyens artificiels tels que la fusion nucléaire, la fission nucléaire, la décharge luminescente et divers types de décharges. Différents types de plasma peuvent également être produits par des méthodes de décharge artificielle, notamment : la lueur (lampes fluorescentes), l'arc (arc électrique) et la décharge corona (souvent observée autour des lignes à haute tension). Pour le nettoyage de précision des surfaces, l'activation et la modification des surfaces, ainsi que le traitement des surfaces des matériaux de bio-ingénierie, des plastiques et du papier, le plasma à basse température généré par décharge luminescente, décharge corona et décharge à barrière diélectrique est principalement utilisé.

Dans un champ électrique à haute fréquence, les molécules de gaz telles que l'oxygène, l'azote, le méthane et la vapeur d'eau sous basse pression peuvent se décomposer en atomes et molécules accélérés lors d'une décharge luminescente. Les électrons ainsi générés et les atomes et molécules dissociés en charges positives et négatives entrent en collision avec les molécules ou atomes environnants, entraînant l'excitation des électrons dans les molécules et les atomes, qui sont eux-mêmes dans un état excité ou ionique. À ce stade, l’état de la matière est dans un état plasma.

3. Quels sont les types de plasma ? 

1) Plasma à haute température et plasma à basse température. Le plasma à haute température fait référence à un plasma entièrement ionisé ou localement équilibré thermiquement où la température des électrons est exactement égale aux températures des ions et des gaz. Les températures de toutes les particules sont presque identiques. La température est extrêmement élevée, atteignant généralement 10 ⁶à 10 ⁸ K (environ 100 à 100 millions de degrés Celsius). Le plasma à basse température est dans un état d’équilibre non thermique, où la température des électrons est bien supérieure à la température des ions et des particules neutres. En raison de l'intensité excessive de l'effet du plasma à haute température sur la surface des objets, il est rarement utilisé dans des applications pratiques et actuellement, seul le plasma à basse température est utilisé.

2) Plasma de gaz réactifs et non réactifs. Cette classification est basée sur les propriétés chimiques des gaz utilisés pour générer le plasma. Les gaz non réactifs comprennent l'argon (Ar), l'azote (N2), le fluorure d'azote (NF3), le tétrafluorure de carbone (CF4), etc., tandis que les gaz réactifs comprennent l'oxygène (O2), l'hydrogène (H2), etc. Les mécanismes de réaction des différents types de gaz au cours du processus de nettoyage sont différents, le plasma de gaz réactifs présentant une réactivité chimique plus forte.

4. Quelle est l’interaction entre le plasma et la surface de l’objet ? 

La réaction chimique entre le plasma et la surface d’une pièce est très différente des réactions chimiques classiques. En raison du bombardement d'électrons à grande vitesse, de nombreux gaz ou vapeurs stables à température ambiante peuvent réagir avec la surface de la pièce sous forme de plasma, produisant de nombreux effets uniques et utiles :

1) Nettoyage et gravure : Par exemple, lors du nettoyage, l’oxygène est souvent utilisé comme gaz de travail. Lorsqu’il est bombardé par des électrons accélérés, il est converti en ions oxygène et en radicaux libres, qui présentent de fortes propriétés oxydantes. Les contaminants présents à la surface de la pièce, tels que la graisse, le flux, la résine photosensible, l'agent de démoulage et l'huile de poinçon, sont rapidement oxydés en dioxyde de carbone et en eau, qui sont ensuite évacués par une pompe à vide, atteignant ainsi l'objectif de nettoyer la surface et d'améliorer la mouillabilité et l'adhérence. Le traitement plasma à basse température concerne uniquement la surface peu profonde (<10 nm) du matériau et n'affecte pas les propriétés du matériau en vrac. Le nettoyage au plasma étant effectué sous vide poussé, les différents ions actifs du plasma ont un long libre parcours moyen et leurs capacités de pénétration et de perméation sont fortes, permettant le traitement de structures complexes, notamment de tubes fins et de trous borgnes.

2) Introduction de groupes fonctionnels : le traitement au plasma de matériaux polymères avec des gaz tels que N2, NH3, O2 et SO2 peut modifier la composition chimique de la surface et introduire de nouveaux groupes fonctionnels correspondants : -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, etc. Ces groupes fonctionnels peuvent transformer des substrats complètement inertes tels que le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène et le polytétrafluoroéthylène en matériaux fonctionnalisés, améliorant ainsi la polarité, la mouillabilité, la capacité de liaison, la réactivité de la surface et augmentant considérablement leur utilisation. valeur. Contrairement au plasma d'oxygène, le traitement au plasma à basse température avec des gaz contenant du fluor peut introduire des atomes de fluor sur la surface du substrat, conférant ainsi un caractère hydrophobe au substrat.

3) Polymérisation : De nombreux monomères vinyliques, tels que l'éthylène et le styrène, peuvent subir une polymérisation à la surface des pièces dans des conditions plasma sans avoir besoin d'autres catalyseurs ou initiateurs. Même les substances qui ne peuvent pas être polymérisées dans des conditions conventionnelles, telles que le méthane, l'éthane et le benzène, peuvent subir une polymérisation par réticulation à la surface des pièces dans des conditions plasma. Cette couche polymérisée peut être très dense et fortement liée au substrat. Dans les pays étrangers, les bouteilles de bière en plastique et les réservoirs de carburant des automobiles sont recouverts d’une couche si dense par polymérisation au plasma pour éviter les micro-fuites. La surface des matériaux polymères biomédicaux peut également être recouverte de cette couche dense pour empêcher la diffusion de substances toxiques telles que les plastifiants du plastique dans les tissus humains. Les composants optiques peuvent souvent être recouverts d'un film optique approprié sur leur surface grâce à des mesures de polymérisation au plasma, afin d'améliorer les performances des composants optiques.

4) Greffe induite par plasma :

Le processus consiste à générer des radicaux libres actifs à la surface des matériaux polymères grâce à un prétraitement au plasma, qui déclenche la polymérisation des monomères vinyliques à la surface du matériau. Le plasma peut également induire des réactions de greffage sur certaines surfaces irrégulières, comme les parois internes des bouteilles. En sélectionnant des monomères de greffage appropriés et en contrôlant les conditions de réaction de greffage appropriées, le caractère hydrophile ou hydrofuge, l'adhésion, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure, la conductivité, la sélectivité de perméabilité et la biocompatibilité du matériau peuvent être modifiés. La greffe de plasma est donc très innovante et offre de grandes perspectives d’application.