1. რა არის პლაზმა?
პლაზმა, მატერიის მეოთხე მდგომარეობა, არის იონიზებული აირისებრი ნივთიერება, რომელიც შედგება ატომებისგან, რომელთაგან ზოგიერთი ელექტრონები ამოღებულია და დადებითი და უარყოფითი იონები წარმოიქმნება ატომების იონიზაციის შემდეგ. ეს იონიზირებული გაზი შედგება ატომების, მოლეკულების, ატომური ჯგუფების, იონებისა და ელექტრონებისგან. ობიექტების ზედაპირზე მისი გამოყენებამ შეიძლება მიაღწიოს ულტრა სუფთა გაწმენდას, ზედაპირის გააქტიურებას, ოხრავს და პლაზმური ზედაპირის დაფარვას.
2. როგორ მივიღოთ პლაზმა ხელოვნურად?
პლაზმა შეიძლება წარმოიქმნას ხელოვნური საშუალებებით, როგორიცაა ბირთვული შერწყმა, ბირთვული დაშლა, მბზინავი გამონადენი და სხვადასხვა სახის გამონადენი. პლაზმის სხვადასხვა ტიპები შეიძლება ასევე წარმოიქმნას ხელოვნური გამონადენის მეთოდებით, ძირითადად მათ შორის: ბზინვარება (ფლუორესცენტური ნათურები), რკალი (ელექტრული რკალი) და კორონა გამონადენი (ხშირად ჩანს მაღალი ძაბვის ხაზების გარშემო). ზედაპირის ზუსტი გაწმენდისთვის, ზედაპირის გააქტიურებისა და მოდიფიკაციისთვის, აგრეთვე ბიოინჟინერიის მასალების, პლასტმასის და ქაღალდის ზედაპირის დამუშავებისთვის, ძირითადად გამოიყენება დაბალი ტემპერატურის პლაზმა, რომელიც წარმოიქმნება ნათების გამონადენით, კორონა გამონადენით და დიელექტრიკული ბარიერის გამონადენით.
მაღალი სიხშირის ელექტრულ ველში, გაზის მოლეკულები, როგორიცაა ჟანგბადი, აზოტი, მეთანი და წყლის ორთქლი დაბალი წნევის ქვეშ, შეიძლება დაიშალა აჩქარებულ ატომებად და მოლეკულებად ნათების გამონადენის დროს. ამ გზით წარმოქმნილი ელექტრონები და დადებით და უარყოფით მუხტებად დაშლილი ატომები და მოლეკულები ეჯახება მიმდებარე მოლეკულებს ან ატომებს, რის შედეგადაც ხდება ელექტრონების აგზნება მოლეკულებსა და ატომებში, რომლებიც თავად არიან აღგზნებულ ან იონურ მდგომარეობაში. ამ დროს მატერიის მდგომარეობა პლაზმურ მდგომარეობაშია.
3. რა პლაზმის ტიპები არსებობს?
1) მაღალი ტემპერატურის პლაზმა და დაბალი ტემპერატურის პლაზმა. მაღალი ტემპერატურის პლაზმა ეხება სრულად იონიზებულ ან ადგილობრივად თერმულად დაბალანსებულ პლაზმას, სადაც ელექტრონის ტემპერატურა ზუსტად უდრის იონის და აირის ტემპერატურას. ყველა ნაწილაკების ტემპერატურა თითქმის იდენტურია. ტემპერატურა უკიდურესად მაღალია, როგორც წესი, აღწევს 10 6−10 8 K (დაახლოებით 100-100 მილიონი გრადუსი ცელსიუსი). დაბალი ტემპერატურის პლაზმა არის არათერმული წონასწორობის მდგომარეობაში, სადაც ელექტრონის ტემპერატურა გაცილებით მაღალია, ვიდრე იონების და ნეიტრალური ნაწილაკების ტემპერატურა. მაღალი ტემპერატურის პლაზმის ობიექტების ზედაპირზე ზემოქმედების გადაჭარბებული ინტენსივობის გამო, იგი იშვიათად გამოიყენება პრაქტიკულ გამოყენებაში და ამჟამად გამოიყენება მხოლოდ დაბალი ტემპერატურის პლაზმა.
2) რეაქტიული და არარეაქტიული აირების პლაზმა. ეს კლასიფიკაცია ემყარება პლაზმის წარმოქმნისთვის გამოყენებული აირების ქიმიურ თვისებებს. არარეაქტიულ აირებს მიეკუთვნება არგონი (Ar), აზოტი (N2), აზოტის ფტორიდი (NF3), ნახშირბადის ტეტრაფტორიდი (CF4) და ა.შ., ხოლო რეაქტიულ აირებს მიეკუთვნება ჟანგბადი (O2), წყალბადი (H2) და ა.შ. გაწმენდის პროცესში სხვადასხვა ტიპის აირების რეაქციის მექანიზმები განსხვავებულია, გაზის ძლიერი ქიმიური რეაქტიულობის გამოვლენით.
4. როგორია ურთიერთქმედება პლაზმასა და საგნის ზედაპირს შორის?
ქიმიური რეაქცია პლაზმასა და სამუშაო ნაწილის ზედაპირს შორის საკმაოდ განსხვავდება ჩვეულებრივი ქიმიური რეაქციებისგან. მაღალსიჩქარიანი ელექტრონების დაბომბვის გამო, ბევრ გაზს ან ორთქლს, რომლებიც სტაბილურია ოთახის ტემპერატურაზე, შეუძლია რეაგირება მოახდინოს სამუშაო ნაწილის ზედაპირთან პლაზმის სახით, რაც წარმოქმნის მრავალ უნიკალურ და სასარგებლო ეფექტს:
1) გაწმენდა და აკრავი: მაგალითად, დასუფთავების დროს, ჟანგბადს ხშირად იყენებენ სამუშაო გაზად. აჩქარებული ელექტრონებით დაბომბვისას ის გარდაიქმნება ჟანგბადის იონებად და თავისუფალ რადიკალებად, რომლებიც ავლენენ ძლიერ ჟანგვის თვისებებს. სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე არსებული დამაბინძურებლები, როგორიცაა ცხიმი, ნაკადი, ფოტორეზისტი, გამათავისუფლებელი აგენტი და დაფქული ზეთი, სწრაფად იჟანგება ნახშირორჟანგში და წყალში, რომლებიც შემდეგ ამოტუმბება ვაკუუმური ტუმბოს საშუალებით, რაც აღწევს ზედაპირის გაწმენდის მიზანს და აუმჯობესებს ტენიანობას და ადჰეზიას. დაბალი ტემპერატურის პლაზმური დამუშავება მოიცავს მხოლოდ მასალის ზედაპირულ ზედაპირს (<10 ნმ) და არ მოქმედებს ნაყარი მასალის თვისებებზე. იმის გამო, რომ პლაზმის გაწმენდა ხორციელდება მაღალი ვაკუუმის პირობებში, პლაზმაში სხვადასხვა აქტიურ იონებს აქვთ გრძელი საშუალო თავისუფალი გზა და მათი შეღწევადობის და შეღწევადობის უნარი ძლიერია, რაც საშუალებას იძლევა დამუშავდეს რთული სტრუქტურები, მათ შორის წვრილი მილები და ბრმა ხვრელები.
2) ფუნქციური ჯგუფების შემოღება: პოლიმერული მასალების პლაზმური დამუშავება გაზებით, როგორიცაა N2, NH3, O2 და SO2, შეუძლია შეცვალოს ზედაპირის ქიმიური შემადგენლობა და შემოიღოს შესაბამისი ახალი ფუნქციური ჯგუფები: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H და ა.შ. ფუნქციონალიზებული მასალები, აძლიერებს ზედაპირის პოლარობას, ტენიანობას, შემაკავშირებელობას, რეაქტიულობას და მნიშვნელოვნად ზრდის მათ გამოყენებას. ჟანგბადის პლაზმისგან განსხვავებით, დაბალტემპერატურულ პლაზმურ დამუშავებას ფტორის შემცველი გაზებით შეუძლია ფტორის ატომების შეყვანა სუბსტრატის ზედაპირზე, რაც ანიჭებს სუბსტრატს ჰიდროფობიურობას.
3) პოლიმერიზაცია: ბევრი ვინილის მონომერი, როგორიცაა ეთილენი და სტირონი, შეიძლება გაიაროს პოლიმერიზაცია სამუშაო ნაწილების ზედაპირზე პლაზმის პირობებში სხვა კატალიზატორების ან ინიციატორების საჭიროების გარეშე. ნივთიერებებიც კი, რომელთა პოლიმერიზაცია შეუძლებელია ჩვეულებრივ პირობებში, როგორიცაა მეთანი, ეთანი და ბენზოლი, შეიძლება გაიარონ ჯვარედინი პოლიმერიზაცია სამუშაო ნაწილების ზედაპირზე პლაზმის პირობებში. ეს პოლიმერიზებული ფენა შეიძლება იყოს ძალიან მკვრივი და ძლიერად მიბმული სუბსტრატთან. უცხო ქვეყნებში ლუდის პლასტმასის ბოთლები და ავტომობილების საწვავის ავზები დაფარულია ასეთი მკვრივი ფენით პლაზმური პოლიმერიზაციის გზით მიკრო გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად. ბიოსამედიცინო პოლიმერული მასალების ზედაპირი ასევე შეიძლება იყოს დაფარული ამ მკვრივი ფენით, რათა თავიდან აიცილოს ტოქსიკური ნივთიერებების, როგორიცაა პლასტიზატორების, პლასტმასიდან ადამიანის ქსოვილებში გავრცელება. ოპტიკური კომპონენტები ხშირად შეიძლება დაფარული იყოს შესაბამისი ოპტიკური ფილმით მათ ზედაპირზე პლაზმური პოლიმერიზაციის ზომების მეშვეობით, რათა გაუმჯობესდეს ოპტიკური კომპონენტების მოქმედება.
4) პლაზმური ინდუცირებული გადანერგვა:
პროცესი მოიცავს აქტიური თავისუფალი რადიკალების გენერირებას პოლიმერული მასალების ზედაპირზე პლაზმური წინასწარი დამუშავების გზით, რაც იწვევს ვინილის მონომერების პოლიმერიზაციას მასალის ზედაპირზე. პლაზმამ ასევე შეიძლება გამოიწვიოს გადანერგვის რეაქციები გარკვეულ არარეგულარულ ზედაპირებზე, როგორიცაა ბოთლის შიდა კედლები. მყნობის შესაბამისი მონომერების შერჩევით და მყნობის რეაქციის შესაბამისი პირობების კონტროლით, შეიძლება შეიცვალოს მასალის ჰიდროფილურობა ან წყალგაუმტარობა, ადჰეზია, კოროზიის წინააღმდეგობა, აცვიათ წინააღმდეგობა, გამტარობა, გამტარიანობის შერჩევითობა და მასალის ბიოთავსებადობა. ამიტომ, პლაზმური გადანერგვა უაღრესად ინოვაციურია და აქვს გამოყენების დიდი პერსპექტივები.
