1. Apa itu plasma？
Plasma, wujud materi keempat, adalah zat gas terionisasi yang terdiri dari atom-atom dengan beberapa elektron yang dilepaskan dan ion positif dan negatif dihasilkan setelah ionisasi atom. Gas terionisasi ini terdiri dari atom, molekul, gugus atom, ion, dan elektron. Penerapannya pada permukaan benda dapat mencapai pembersihan ultra-bersih, aktivasi permukaan, pengetsaan, dan pelapisan permukaan plasma benda.
2. Cara memperoleh plasma secara artifisial？
Plasma dapat dihasilkan melalui cara buatan seperti fusi nuklir, fisi nuklir, lucutan pijar, dan berbagai jenis pelepasan. Berbagai jenis plasma juga dapat diproduksi melalui metode pelepasan buatan, terutama meliputi: pijar (lampu neon), busur (busur listrik), dan pelepasan korona (sering terlihat di sekitar saluran tegangan tinggi). Untuk pembersihan permukaan yang presisi, aktivasi dan modifikasi permukaan, serta pemrosesan permukaan bahan bioteknologi, plastik, dan kertas, plasma suhu rendah yang dihasilkan oleh lucutan pijar, lucutan korona, dan lucutan penghalang dielektrik banyak digunakan.
Dalam medan listrik frekuensi tinggi, molekul gas seperti oksigen, nitrogen, metana, dan uap air di bawah tekanan rendah dapat terurai menjadi atom dan molekul yang dipercepat selama pelepasan cahaya. Elektron yang dihasilkan dengan cara ini dan atom serta molekul yang terdisosiasi menjadi muatan positif dan negatif bertabrakan dengan molekul atau atom di sekitarnya, mengakibatkan eksitasi elektron dalam molekul dan atom, yang berada dalam keadaan tereksitasi atau ionik. Pada titik ini, keadaan materi berada dalam keadaan plasma.
3. Jenis plasma apa yang ada?
1) Plasma suhu tinggi dan plasma suhu rendah. Plasma bersuhu tinggi mengacu pada plasma terionisasi penuh atau plasma yang diseimbangkan secara termal lokal di mana suhu elektron sama persis dengan suhu ion dan gas. Suhu semua partikel hampir sama. Suhunya sangat tinggi, biasanya mencapai 10 6−10 8 K (kira-kira 100-100 juta derajat Celsius). Plasma bersuhu rendah berada dalam keadaan kesetimbangan non-termal, di mana suhu elektron jauh lebih tinggi daripada suhu ion dan partikel netral. Karena intensitas pengaruh plasma suhu tinggi yang berlebihan pada permukaan benda, plasma jarang digunakan dalam aplikasi praktis, dan saat ini hanya plasma suhu rendah yang digunakan.
2) Plasma gas reaktif dan non-reaktif. Klasifikasi ini didasarkan pada sifat kimia gas yang digunakan untuk menghasilkan plasma. Gas non-reaktif meliputi argon (Ar), nitrogen (N2), nitrogen fluorida (NF3), karbon tetrafluorida (CF4), dll., sedangkan gas reaktif meliputi oksigen (O2), hidrogen (H2), dll. Mekanisme reaksi berbagai jenis gas selama proses pembersihan berbeda, dengan plasma gas reaktif menunjukkan reaktivitas kimia yang lebih kuat.
4. Apa interaksi antara plasma dan permukaan benda?
Reaksi kimia antara plasma dan permukaan benda kerja sangat berbeda dengan reaksi kimia konvensional. Akibat pemboman elektron berkecepatan tinggi, banyak gas atau uap yang stabil pada suhu kamar dapat bereaksi dengan permukaan benda kerja dalam bentuk plasma, menghasilkan banyak efek unik dan berguna:
1) Pembersihan dan pengetsaan: Misalnya, selama pembersihan, oksigen sering digunakan sebagai gas kerja. Ketika dibombardir oleh elektron yang dipercepat, ia diubah menjadi ion oksigen dan radikal bebas, yang menunjukkan sifat pengoksidasi kuat. Kontaminan pada permukaan benda kerja, seperti gemuk, fluks, photoresist, bahan pelepas, dan minyak punch, dengan cepat teroksidasi menjadi karbon dioksida dan air, yang kemudian dipompa keluar oleh pompa vakum, sehingga mencapai tujuan membersihkan permukaan dan meningkatkan keterbasahan dan daya rekat. Perawatan plasma suhu rendah hanya melibatkan permukaan material yang dangkal (<10nm) dan tidak mempengaruhi sifat material curah. Karena pembersihan plasma dilakukan dalam kondisi vakum tinggi, berbagai ion aktif dalam plasma memiliki jalur bebas rata-rata yang panjang, dan kemampuan penetrasi serta permeasinya kuat, sehingga memungkinkan perawatan struktur kompleks, termasuk tabung halus dan lubang buta.
2) Pengenalan gugus fungsi: Perlakuan plasma bahan polimer dengan gas seperti N2, NH3, O2, dan SO2 dapat mengubah komposisi kimia permukaan dan memasukkan gugus fungsi baru yang sesuai: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, dll. Gugus fungsi ini dapat mengubah substrat yang sepenuhnya lembam seperti polietilen, polipropilen, polistirena, dan politetrafluoroetilen menjadi bahan yang difungsikan, meningkatkan polaritas permukaan, keterbasahan, daya rekat, reaktivitas, dan sangat meningkatkannya nilai pakai. Berbeda dengan plasma oksigen, perlakuan plasma suhu rendah dengan gas yang mengandung fluor dapat memasukkan atom fluor ke permukaan substrat, sehingga menyebabkan hidrofobisitas pada substrat.
3) Polimerisasi: Banyak monomer vinil, seperti etilen dan stirena, dapat mengalami polimerisasi pada permukaan benda kerja dalam kondisi plasma tanpa memerlukan katalis atau inisiator lain. Bahkan zat yang tidak dapat dipolimerisasi dalam kondisi konvensional, seperti metana, etana, dan benzena, dapat mengalami polimerisasi ikatan silang pada permukaan benda kerja dalam kondisi plasma. Lapisan terpolimerisasi ini bisa sangat padat dan terikat kuat pada substrat. Di luar negeri, botol bir plastik dan tangki bahan bakar mobil dilapisi dengan lapisan padat melalui polimerisasi plasma untuk mencegah kebocoran mikro. Permukaan bahan polimer biomedis juga dapat dilapisi dengan lapisan padat ini untuk mencegah difusi zat beracun seperti bahan pemlastis dari plastik ke dalam jaringan manusia. Komponen optik seringkali dapat dilapisi dengan film optik yang sesuai pada permukaannya melalui tindakan polimerisasi plasma, untuk meningkatkan kinerja komponen optik.
4) Pencangkokan yang diinduksi plasma:
Prosesnya melibatkan pembentukan radikal bebas aktif pada permukaan bahan polimer melalui perlakuan awal plasma, yang memicu polimerisasi monomer vinil pada permukaan bahan. Plasma juga dapat menyebabkan reaksi pencangkokan pada permukaan tertentu yang tidak beraturan, seperti dinding bagian dalam botol. Dengan memilih monomer pencangkokan yang sesuai dan mengendalikan kondisi reaksi pencangkokan yang sesuai, hidrofilisitas atau ketahanan air, adhesi, ketahanan korosi, ketahanan aus, konduktivitas, selektivitas permeabilitas, dan biokompatibilitas material dapat diubah. Oleh karena itu, pencangkokan plasma sangat inovatif dan mempunyai prospek penerapan yang bagus.
