1. Mi az a plazma?
A plazma, az anyag negyedik halmazállapota, egy ionizált gáz halmazállapotú anyag, amely atomokból áll, amelyekből néhány elektron lecsupaszodik, és az atomok ionizációja után pozitív és negatív ionok keletkeznek. Ez az ionizált gáz atomokból, molekulákból, atomcsoportokból, ionokból és elektronokból áll. Alkalmazásával tárgyak felületére ultratiszta tisztítást, felületaktiválást, maratást és a tárgyak plazma felületének bevonását lehet elérni.
2. Hogyan lehet mesterségesen plazmát nyerni?
Plazma előállítható mesterséges eszközökkel, például magfúzióval, maghasadással, izzó kisüléssel és különféle kisülésekkel. Különböző típusú plazmák mesterséges kisülési módszerekkel is előállíthatók, főként: izzás (fluoreszkáló lámpák), ív (elektromos ív) és koronakisülés (gyakran nagyfeszültségű vezetékek körül). A precíziós felülettisztításhoz, felületaktiváláshoz és -módosításhoz, valamint biomérnöki anyagok, műanyagok és papírok felületi megmunkálásához leginkább az izzító kisüléssel, koronakisüléssel és dielektromos gátkisüléssel előállított alacsony hőmérsékletű plazmát használják.
A nagyfrekvenciás elektromos térben az olyan gázmolekulák, mint az oxigén, a nitrogén, a metán és a vízgőz alacsony nyomáson, felgyorsult atomokra és molekulákra bomlhatnak az izzítókisülés során. Az így keletkezett elektronok, valamint a pozitív és negatív töltésekre disszociált atomok és molekulák ütköznek a környező molekulákkal vagy atomokkal, aminek eredményeként a molekulákban és atomokban lévő elektronok gerjesztése történik, amelyek maguk is gerjesztett vagy ionos állapotban vannak. Ezen a ponton az anyag állapota plazmaállapotban van.
3. Milyen plazmatípusok léteznek?
1) Magas hőmérsékletű plazma és alacsony hőmérsékletű plazma. A magas hőmérsékletű plazma teljesen ionizált vagy lokálisan termikusan kiegyensúlyozott plazmát jelent, ahol az elektronok hőmérséklete pontosan megegyezik az ionok és a gázok hőmérsékletével. Az összes részecske hőmérséklete majdnem azonos. A hőmérséklet rendkívül magas, jellemzően eléri a 10–10 6K 8 -t (körülbelül 100-100 millió Celsius-fok). Az alacsony hőmérsékletű plazma nem termikus egyensúlyi állapotban van, ahol az elektronok hőmérséklete sokkal magasabb, mint az ionok és a semleges részecskék hőmérséklete. A magas hőmérsékletű plazma tárgyak felületére gyakorolt hatásának túlzott intenzitása miatt gyakorlati alkalmazásokban ritkán alkalmazzák, jelenleg csak alacsony hőmérsékletű plazmát helyeznek használatba.
2) Reaktív és nem reaktív gázok plazmája. Ez a besorolás a plazma előállításához használt gázok kémiai tulajdonságain alapul. A nem reaktív gázok közé tartozik az argon (Ar), a nitrogén (N2), a nitrogén-fluorid (NF3), a szén-tetrafluorid (CF4) stb., míg a reaktív gázok közé tartozik az oxigén (O2), hidrogén (H2) stb. A különböző típusú gázok reakciómechanizmusai a tisztítási folyamat során eltérőek, a reaktív gázok plazmája erősebb kémiai reakcióképességet mutat.
4. Mi a kölcsönhatás a plazma és a tárgyfelület között?
A plazma és a munkadarab felülete közötti kémiai reakció teljesen eltér a hagyományos kémiai reakcióktól. A nagy sebességű elektronok bombázása miatt számos, szobahőmérsékleten stabil gáz vagy gőz plazma formájában reagálhat a munkadarab felületével, számos egyedi és hasznos hatást kiváltva:
1) Tisztítás és maratás: Például a tisztítás során gyakran oxigént használnak munkagázként. Amikor felgyorsult elektronok bombázzák, oxigénionokká és szabad gyökökké alakul át, amelyek erős oxidáló tulajdonságokat mutatnak. A munkadarab felületén lévő szennyeződések, mint a zsír, folyasztószer, fotoreziszt, leválasztószer és lyukasztóolaj, gyorsan szén-dioxiddá és vízzé oxidálódnak, amelyeket ezután egy vákuumszivattyú szivattyúz el, ezzel elérve a felület megtisztítását, valamint a nedvesíthetőség és a tapadás javítását. Az alacsony hőmérsékletű plazmakezelés csak az anyag sekély felületét (<10nm) érinti, és nem befolyásolja az ömlesztett anyag tulajdonságait. Mivel a plazmatisztítás nagy vákuumban történik, a plazmában lévő különböző aktív ionok átlagos szabad útja hosszú, penetrációs és áteresztőképességük erős, lehetővé téve összetett szerkezetek, köztük finom csövek és zsákfuratok kezelését.
2) Funkciós csoportok bevezetése: A polimer anyagok plazmakezelése gázokkal, mint például N2, NH3, O2 és SO2 megváltoztathatja a felület kémiai összetételét és megfelelő új funkciós csoportokat hozhat létre: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H stb. Ezek a funkciós csoportok teljesen inert szubsztrátumokat, például polietilént, polipropilént és polisztirol tetrafluorozott felületet alakíthatnak át. polaritást, nedvesíthetőséget, köthetőséget, reakciókészséget, és nagymértékben növelik használati értéküket. Az oxigénplazmával ellentétben az alacsony hőmérsékletű plazmakezelés fluortartalmú gázokkal fluoratomokat juttathat a hordozó felületére, ami hidrofób hatást kölcsönöz a hordozónak.
3) Polimerizáció: Számos vinil-monomer, mint például az etilén és a sztirol, polimerizálódhat a munkadarabok felületén plazmakörülmények között, anélkül, hogy bármilyen más katalizátorra vagy iniciátorra lenne szükség. Plazmakörülmények között még a hagyományos körülmények között nem polimerizálható anyagok is, mint például a metán, az etán és a benzol, térhálósító polimerizáción mennek keresztül a munkadarabok felületén. Ez a polimerizált réteg nagyon sűrű lehet és erősen kötődik a hordozóhoz. Külföldi országokban a műanyag sörösüvegeket és az autó üzemanyagtartályait plazmapolimerizációval vonják be ilyen sűrű réteggel, hogy megakadályozzák a mikroszivárgást. Az orvosbiológiai polimer anyagok felülete is bevonható ezzel a sűrű réteggel, hogy megakadályozzuk a mérgező anyagok, például a lágyítószerek szétszóródását a műanyagból az emberi szövetekbe. Az optikai komponensek felületükön gyakran bevonhatók megfelelő optikai filmmel plazmapolimerizációs intézkedésekkel, hogy javítsák az optikai komponensek teljesítményét.
4) Plazma által kiváltott beültetés:
Az eljárás során a polimer anyagok felületén plazma előkezeléssel aktív szabad gyököket hoznak létre, ami beindítja a vinil monomerek polimerizációját az anyag felületén. A plazma oltási reakciókat is kiválthat bizonyos szabálytalan felületeken, például a palackok belső falán. A megfelelő ojtási monomerek kiválasztásával és a megfelelő ojtási reakciókörülmények szabályozásával az anyag hidrofilitása vagy vízlepergető képessége, tapadása, korrózióállósága, kopásállósága, vezetőképessége, permeabilitási szelektivitása és biokompatibilitása módosítható. Ezért a plazmaoltás rendkívül innovatív, és nagyszerű alkalmazási lehetőségeket rejt magában.
