1. प्लाज्मा क्या है?
प्लाज्मा, पदार्थ की चौथी अवस्था, एक आयनित गैसीय पदार्थ है जो परमाणुओं से बना होता है जिसमें कुछ इलेक्ट्रॉन अलग हो जाते हैं और परमाणुओं के आयनीकरण के बाद सकारात्मक और नकारात्मक आयन उत्पन्न होते हैं। इस आयनित गैस में परमाणु, अणु, परमाणु समूह, आयन और इलेक्ट्रॉन होते हैं। वस्तुओं की सतह पर इसके अनुप्रयोग से वस्तुओं की अल्ट्रा-क्लीन सफाई, सतह सक्रियण, नक़्क़ाशी और प्लाज्मा सतह कोटिंग प्राप्त की जा सकती है।
2. कृत्रिम रूप से प्लाज्मा कैसे प्राप्त करें？
प्लाज्मा को कृत्रिम तरीकों जैसे परमाणु संलयन, परमाणु विखंडन, चमक निर्वहन और विभिन्न प्रकार के निर्वहन के माध्यम से उत्पन्न किया जा सकता है। कृत्रिम डिस्चार्ज विधियों के माध्यम से विभिन्न प्रकार के प्लाज्मा का भी उत्पादन किया जा सकता है, जिनमें मुख्य रूप से शामिल हैं: चमक (फ्लोरोसेंट लैंप), आर्क (इलेक्ट्रिक आर्क), और कोरोना डिस्चार्ज (अक्सर उच्च-वोल्टेज लाइनों के आसपास देखा जाता है)। सटीक सतह की सफाई, सतह सक्रियण और संशोधन के साथ-साथ बायोइंजीनियरिंग सामग्री, प्लास्टिक और कागज की सतह प्रसंस्करण के लिए, ग्लो डिस्चार्ज, कोरोना डिस्चार्ज और डाइइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज द्वारा उत्पन्न कम तापमान वाले प्लाज्मा का ज्यादातर उपयोग किया जाता है।
उच्च आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्र में, कम दबाव में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, मीथेन और जल वाष्प जैसे गैस अणु चमक निर्वहन के दौरान त्वरित परमाणुओं और अणुओं में विघटित हो सकते हैं। इस तरह से उत्पन्न इलेक्ट्रॉन और परमाणु और अणु सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों में विघटित होकर आसपास के अणुओं या परमाणुओं से टकराते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अणुओं और परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाते हैं, जो स्वयं उत्तेजित या आयनिक अवस्था में होते हैं। इस बिंदु पर पदार्थ की अवस्था प्लाज्मा अवस्था में होती है।
3. प्लाज्मा कितने प्रकार के होते हैं?
1) उच्च तापमान वाला प्लाज्मा और निम्न तापमान वाला प्लाज्मा। उच्च तापमान प्लाज्मा पूरी तरह से आयनित या स्थानीय रूप से थर्मल रूप से संतुलित प्लाज्मा को संदर्भित करता है जहां इलेक्ट्रॉन तापमान आयन और गैस तापमान के बिल्कुल बराबर होता है। सभी कणों का तापमान लगभग समान होता है। तापमान बहुत अधिक है, आमतौर पर 10 6−10 8 K (लगभग 100-100 मिलियन डिग्री सेल्सियस) तक पहुँच जाता है। कम तापमान वाला प्लाज्मा गैर-थर्मल संतुलन अवस्था में होता है, जहां इलेक्ट्रॉन का तापमान आयनों और तटस्थ कणों के तापमान से बहुत अधिक होता है। वस्तुओं की सतह पर उच्च तापमान वाले प्लाज्मा के प्रभाव की अत्यधिक तीव्रता के कारण, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में इसका उपयोग शायद ही कभी किया जाता है, और वर्तमान में केवल कम तापमान वाले प्लाज्मा को ही उपयोग में लाया जाता है।
2) प्रतिक्रियाशील और गैर-प्रतिक्रियाशील गैसों का प्लाज्मा। यह वर्गीकरण प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली गैसों के रासायनिक गुणों पर आधारित है। गैर-प्रतिक्रियाशील गैसों में आर्गन (Ar), नाइट्रोजन (N2), नाइट्रोजन फ्लोराइड (NF3), कार्बन टेट्राफ्लोराइड (CF4) आदि शामिल हैं, जबकि प्रतिक्रियाशील गैसों में ऑक्सीजन (O2), हाइड्रोजन (H2) आदि शामिल हैं। सफाई प्रक्रिया के दौरान विभिन्न प्रकार की गैसों की प्रतिक्रिया तंत्र अलग-अलग होते हैं, प्रतिक्रियाशील गैसों के प्लाज्मा मजबूत रासायनिक प्रतिक्रिया प्रदर्शित करते हैं।
4. प्लाज्मा और वस्तु की सतह के बीच क्या परस्पर क्रिया होती है?
प्लाज्मा और वर्कपीस की सतह के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया पारंपरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं से काफी अलग है। उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनों की बमबारी के कारण, कई गैसें या वाष्प जो कमरे के तापमान पर स्थिर होते हैं, प्लाज्मा के रूप में वर्कपीस की सतह के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जिससे कई अद्वितीय और उपयोगी प्रभाव पैदा होते हैं:
1) सफाई और नक़्क़ाशी: उदाहरण के लिए, सफाई के दौरान, ऑक्सीजन का उपयोग अक्सर कार्यशील गैस के रूप में किया जाता है। जब त्वरित इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी की जाती है, तो यह ऑक्सीजन आयनों और मुक्त कणों में परिवर्तित हो जाता है, जो मजबूत ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करते हैं। वर्कपीस की सतह पर मौजूद संदूषक, जैसे ग्रीस, फ्लक्स, फोटोरेसिस्ट, रिलीज एजेंट और पंच ऑयल, तेजी से कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत हो जाते हैं, जिन्हें फिर वैक्यूम पंप द्वारा पंप किया जाता है, जिससे सतह को साफ करने और वेटेबिलिटी और आसंजन में सुधार करने का लक्ष्य प्राप्त होता है। कम तापमान वाले प्लाज्मा उपचार में केवल सामग्री की उथली सतह (<10nm) शामिल होती है और यह थोक सामग्री के गुणों को प्रभावित नहीं करती है। क्योंकि प्लाज्मा की सफाई उच्च वैक्यूम के तहत की जाती है, प्लाज्मा में विभिन्न सक्रिय आयनों का एक लंबा औसत मुक्त पथ होता है, और उनकी प्रवेश और पारगम्य क्षमताएं मजबूत होती हैं, जो बारीक ट्यूबों और ब्लाइंड होल सहित जटिल संरचनाओं के उपचार को सक्षम बनाती हैं।
2) कार्यात्मक समूहों का परिचय: N2, NH3, O2 और SO2 जैसी गैसों के साथ पॉलिमर सामग्रियों का प्लाज्मा उपचार सतह की रासायनिक संरचना को बदल सकता है और संबंधित नए कार्यात्मक समूहों को पेश कर सकता है: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, आदि। ये कार्यात्मक समूह पूरी तरह से निष्क्रिय सब्सट्रेट्स जैसे पॉलीइथाइलीन, पॉलीप्रोपाइलीन, पॉलीस्टाइनिन और पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन को कार्यात्मक सामग्रियों में बदल सकते हैं, सतह की ध्रुवता, वेटेबिलिटी को बढ़ा सकते हैं। बंधनशीलता, प्रतिक्रियाशीलता, और उनके उपयोग मूल्य में अत्यधिक वृद्धि। ऑक्सीजन प्लाज्मा के विपरीत, फ्लोरीन युक्त गैसों के साथ कम तापमान वाले प्लाज्मा उपचार से सब्सट्रेट सतह पर फ्लोरीन परमाणुओं को पेश किया जा सकता है, जिससे सब्सट्रेट को हाइड्रोफोबिसिटी मिलती है।
3) पॉलिमराइजेशन: कई विनाइल मोनोमर्स, जैसे एथिलीन और स्टाइरीन, किसी अन्य उत्प्रेरक या सर्जक की आवश्यकता के बिना प्लाज्मा स्थितियों के तहत वर्कपीस की सतह पर पॉलिमराइजेशन से गुजर सकते हैं। यहां तक कि ऐसे पदार्थ जिन्हें पारंपरिक परिस्थितियों में पोलीमराइज़ नहीं किया जा सकता है, जैसे कि मीथेन, ईथेन और बेंजीन, प्लाज्मा स्थितियों के तहत वर्कपीस की सतह पर क्रॉस-लिंकिंग पोलीमराइज़ेशन से गुजर सकते हैं। यह पॉलिमराइज़्ड परत बहुत घनी हो सकती है और सब्सट्रेट से मजबूती से बंधी हो सकती है। विदेशों में, सूक्ष्म रिसाव को रोकने के लिए प्लास्टिक बीयर की बोतलों और ऑटोमोबाइल ईंधन टैंकों को प्लाज्मा पोलीमराइजेशन के माध्यम से ऐसी घनी परत से लेपित किया जाता है। प्लास्टिक से मानव ऊतकों में प्लास्टिसाइज़र जैसे विषाक्त पदार्थों के प्रसार को रोकने के लिए बायोमेडिकल पॉलिमर सामग्री की सतह को भी इस घनी परत से लेपित किया जा सकता है। ऑप्टिकल घटकों के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, ऑप्टिकल घटकों को अक्सर प्लाज्मा पोलीमराइजेशन उपायों के माध्यम से उनकी सतह पर एक उपयुक्त ऑप्टिकल फिल्म के साथ लेपित किया जा सकता है।
4) प्लाज्मा-प्रेरित ग्राफ्टिंग:
इस प्रक्रिया में प्लाज्मा प्रीट्रीटमेंट के माध्यम से बहुलक सामग्री की सतह पर सक्रिय मुक्त कण उत्पन्न करना शामिल है, जो सामग्री की सतह पर विनाइल मोनोमर्स के पोलीमराइजेशन को ट्रिगर करता है। प्लाज्मा कुछ अनियमित सतहों, जैसे बोतलों की भीतरी दीवारों, पर ग्राफ्टिंग प्रतिक्रियाओं को भी प्रेरित कर सकता है। उपयुक्त ग्राफ्टिंग मोनोमर्स का चयन करके और उपयुक्त ग्राफ्टिंग प्रतिक्रिया स्थितियों को नियंत्रित करके, सामग्री की हाइड्रोफिलिसिटी या जल विकर्षक, आसंजन, संक्षारण प्रतिरोध, पहनने के प्रतिरोध, चालकता, पारगम्यता चयनात्मकता और जैव अनुकूलता को बदला जा सकता है। इसलिए, प्लाज़्मा ग्राफ्टिंग अत्यधिक नवीन है और इसमें आवेदन की बेहतरीन संभावनाएं हैं।
