1. Wat is plasma？
Plasma, de vierde toestand van materie, is een geïoniseerde gasvormige substantie die bestaat uit atomen waarvan enkele elektronen zijn weggenomen en positieve en negatieve ionen die worden gegenereerd na de ionisatie van atomen. Dit geïoniseerde gas bestaat uit atomen, moleculen, atomaire groepen, ionen en elektronen. De toepassing ervan op het oppervlak van objecten kan een ultraschone reiniging, oppervlakteactivering, etsen en plasma-oppervlaktecoating van objecten bereiken.
2. Hoe kunstmatig plasma verkrijgen？
Plasma kan worden gegenereerd via kunstmatige middelen zoals kernfusie, kernsplijting, glimontlading en verschillende soorten ontladingen. Er kunnen ook verschillende soorten plasma worden geproduceerd via kunstmatige ontladingsmethoden, waaronder voornamelijk: gloed (fluorescentielampen), boog (elektrische boog) en corona-ontlading (vaak te zien rond hoogspanningslijnen). Voor nauwkeurige oppervlaktereiniging, oppervlakteactivering en -modificatie, evenals oppervlakteverwerking van biotechnische materialen, kunststoffen en papier, wordt meestal plasma op lage temperatuur gegenereerd door glimontlading, corona-ontlading en diëlektrische barrière-ontlading gebruikt.
In een hoogfrequent elektrisch veld kunnen gasmoleculen zoals zuurstof, stikstof, methaan en waterdamp onder lage druk tijdens glimontlading ontleden in versnelde atomen en moleculen. De op deze manier gegenereerde elektronen en de atomen en moleculen die in positieve en negatieve ladingen zijn gedissocieerd, komen in botsing met omringende moleculen of atomen, wat resulteert in de excitatie van elektronen in de moleculen en atomen, die zich zelf in een aangeslagen of ionische toestand bevinden. Op dit punt bevindt de materie zich in een plasmatoestand.
3. Welke plasmatypes zijn er?
1) Plasma op hoge temperatuur en plasma op lage temperatuur. Plasma op hoge temperatuur verwijst naar volledig geïoniseerd of lokaal thermisch geëquilibreerd plasma waarbij de elektronentemperatuur exact gelijk is aan de ion- en gastemperaturen. De temperaturen van alle deeltjes zijn vrijwel identiek. De temperatuur is extreem hoog en bereikt doorgaans 10 6−10 8 K (ongeveer 100-100 miljoen graden Celsius). Plasma bij lage temperatuur bevindt zich in een niet-thermische evenwichtstoestand, waarbij de elektronentemperatuur veel hoger is dan de temperaturen van ionen en neutrale deeltjes. Vanwege de buitensporige intensiteit van het effect van plasma op hoge temperatuur op het oppervlak van objecten, wordt het zelden gebruikt in praktische toepassingen, en momenteel wordt alleen plasma op lage temperatuur in gebruik genomen.
2) Plasma van reactieve en niet-reactieve gassen. Deze classificatie is gebaseerd op de chemische eigenschappen van de gassen die worden gebruikt om plasma te genereren. Niet-reactieve gassen omvatten argon (Ar), stikstof (N2), stikstoffluoride (NF3), koolstoftetrafluoride (CF4), enz., terwijl reactieve gassen zuurstof (O2), waterstof (H2), enz. omvatten. De reactiemechanismen van verschillende soorten gassen tijdens het reinigingsproces zijn verschillend, waarbij plasma van reactieve gassen een sterkere chemische reactiviteit vertoont.
4. Wat is de interactie tussen plasma en objectoppervlak?
De chemische reactie tussen plasma en het oppervlak van een werkstuk verschilt nogal van conventionele chemische reacties. Door het bombardement van snelle elektronen kunnen veel gassen of dampen die stabiel zijn bij kamertemperatuur reageren met het oppervlak van het werkstuk in de vorm van plasma, waardoor veel unieke en nuttige effecten ontstaan:
1) Reinigen en etsen: Bij het reinigen wordt bijvoorbeeld vaak zuurstof als werkgas gebruikt. Wanneer het wordt gebombardeerd door versnelde elektronen, wordt het omgezet in zuurstofionen en vrije radicalen, die sterke oxiderende eigenschappen vertonen. Verontreinigingen op het oppervlak van het werkstuk, zoals vet, vloeimiddel, fotoresist, lossingsmiddel en ponsolie, worden snel geoxideerd tot kooldioxide en water, die vervolgens worden weggepompt door een vacuümpomp, waardoor het doel wordt bereikt om het oppervlak te reinigen en de bevochtigbaarheid en hechting te verbeteren. Plasmabehandeling bij lage temperatuur heeft alleen betrekking op het ondiepe oppervlak (<10 nm) van het materiaal en heeft geen invloed op de eigenschappen van het bulkmateriaal. Omdat plasmareiniging onder hoogvacuüm wordt uitgevoerd, hebben de verschillende actieve ionen in het plasma een lange gemiddelde vrije weg en zijn hun penetratie- en permeatievermogens sterk, waardoor de behandeling van complexe structuren mogelijk is, waaronder fijne buisjes en blinde gaten.
2) Introductie van functionele groepen: Plasmabehandeling van polymeermaterialen met gassen zoals N2, NH3, O2 en SO2 kan de chemische samenstelling van het oppervlak veranderen en overeenkomstige nieuwe functionele groepen introduceren: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, enz. Deze functionele groepen kunnen volledig inerte substraten zoals polyethyleen, polypropyleen, polystyreen en polytetrafluorethyleen omzetten in gefunctionaliseerde materialen, waardoor de oppervlaktepolariteit, bevochtigbaarheid, hechtbaarheid, reactiviteit en aanzienlijk worden verbeterd het verhogen van hun gebruikswaarde. In tegenstelling tot zuurstofplasma kan plasmabehandeling bij lage temperatuur met fluorhoudende gassen fluoratomen op het substraatoppervlak introduceren, waardoor het substraat hydrofobic wordt.
3) Polymerisatie: Veel vinylmonomeren, zoals ethyleen en styreen, kunnen onder plasmaomstandigheden polymerisatie ondergaan op het oppervlak van werkstukken zonder dat er andere katalysatoren of initiatoren nodig zijn. Zelfs stoffen die onder conventionele omstandigheden niet kunnen worden gepolymeriseerd, zoals methaan, ethaan en benzeen, kunnen onder plasmaomstandigheden verknopingspolymerisatie ondergaan op het oppervlak van werkstukken. Deze gepolymeriseerde laag kan zeer dicht zijn en sterk aan het substraat gebonden zijn. In het buitenland worden plastic bierflessen en autobrandstoftanks door middel van plasmapolymerisatie met zo'n dichte laag bedekt om microlekkage te voorkomen. Het oppervlak van biomedische polymeermaterialen kan ook worden gecoat met deze dichte laag om de verspreiding van giftige stoffen zoals weekmakers uit het plastic in menselijke weefsels te voorkomen. Optische componenten kunnen vaak worden gecoat met een geschikte optische film op hun oppervlak door middel van plasmapolymerisatiemaatregelen, om de prestaties van de optische componenten te verbeteren.
4) Plasma-geïnduceerde transplantatie:
Het proces omvat het genereren van actieve vrije radicalen op het oppervlak van polymeermaterialen door middel van plasmavoorbehandeling, wat de polymerisatie van vinylmonomeren op het materiaaloppervlak teweegbrengt. Plasma kan ook entreacties veroorzaken op bepaalde onregelmatige oppervlakken, zoals de binnenwanden van flessen. Door geschikte entmonomeren te selecteren en de juiste entreactieomstandigheden te regelen, kunnen de hydrofiliciteit of waterafstotendheid, adhesie, corrosieweerstand, slijtvastheid, geleidbaarheid, permeabiliteitsselectiviteit en biocompatibiliteit van het materiaal worden gewijzigd. Daarom is plasma-transplantatie zeer innovatief en biedt het geweldige toepassingsmogelijkheden.
