1. O que é plasma?
O plasma, o quarto estado da matéria, é uma substância gasosa ionizada composta de átomos com alguns elétrons removidos e íons positivos e negativos gerados após a ionização dos átomos. Este gás ionizado consiste em átomos, moléculas, grupos atômicos, íons e elétrons. Sua aplicação na superfície de objetos pode obter limpeza ultralimpa, ativação de superfície, gravação e revestimento de superfície de plasma de objetos.
2. Como obter plasma artificialmente？
O plasma pode ser gerado por meios artificiais, como fusão nuclear, fissão nuclear, descarga luminosa e vários tipos de descargas. Diferentes tipos de plasma também podem ser produzidos através de métodos de descarga artificial, incluindo principalmente: brilho (lâmpadas fluorescentes), arco (arco elétrico) e descarga corona (frequentemente vista em torno de linhas de alta tensão). Para limpeza de superfície de precisão, ativação e modificação de superfície, bem como processamento de superfície de materiais de bioengenharia, plásticos e papel, o plasma de baixa temperatura gerado por descarga luminosa, descarga corona e descarga de barreira dielétrica é usado principalmente.
Em um campo elétrico de alta frequência, moléculas de gás como oxigênio, nitrogênio, metano e vapor de água sob baixa pressão podem se decompor em átomos e moléculas aceleradas durante a descarga luminosa. Os elétrons gerados desta forma e os átomos e moléculas dissociados em cargas positivas e negativas colidem com moléculas ou átomos circundantes, resultando na excitação de elétrons nas moléculas e átomos, que estão em estado excitado ou iônico. Neste ponto, o estado da matéria está no estado de plasma.
3. Que tipos de plasma existem?
1) Plasma de alta temperatura e plasma de baixa temperatura. Plasma de alta temperatura refere-se a plasma totalmente ionizado ou localmente equilibrado termicamente, onde a temperatura do elétron é exatamente igual às temperaturas do íon e do gás. As temperaturas de todas as partículas são quase idênticas. A temperatura é extremamente alta, atingindo normalmente 10-10 6K 8 (aproximadamente 100-100 milhões de graus Celsius). O plasma de baixa temperatura está em um estado de equilíbrio não térmico, onde a temperatura dos elétrons é muito mais alta do que as temperaturas dos íons e das partículas neutras. Devido à excessiva intensidade do efeito do plasma de alta temperatura na superfície dos objetos, ele raramente é utilizado em aplicações práticas e atualmente apenas o plasma de baixa temperatura é utilizado.
2) Plasma de gases reativos e não reativos. Esta classificação é baseada nas propriedades químicas dos gases utilizados para gerar plasma. Os gases não reativos incluem argônio (Ar), nitrogênio (N2), fluoreto de nitrogênio (NF3), tetrafluoreto de carbono (CF4), etc., enquanto os gases reativos incluem oxigênio (O2), hidrogênio (H2), etc.
4. Quais são as interações entre o plasma e a superfície do objeto?
A reação química entre o plasma e a superfície de uma peça é bastante diferente das reações químicas convencionais. Devido ao bombardeio de elétrons de alta velocidade, muitos gases ou vapores que são estáveis à temperatura ambiente podem reagir com a superfície da peça na forma de plasma, produzindo muitos efeitos únicos e úteis:
1) Limpeza e ataque: Por exemplo, durante a limpeza, o oxigênio é frequentemente usado como gás de trabalho. Quando bombardeado por elétrons acelerados, é convertido em íons de oxigênio e radicais livres, que apresentam fortes propriedades oxidantes. Contaminantes na superfície da peça de trabalho, como graxa, fluxo, fotorresiste, agente desmoldante e óleo de perfuração, são rapidamente oxidados em dióxido de carbono e água, que são então bombeados por uma bomba de vácuo, atingindo o objetivo de limpar a superfície e melhorar a molhabilidade e a adesão. O tratamento com plasma de baixa temperatura envolve apenas a superfície rasa (<10nm) do material e não afeta as propriedades do material a granel. Como a limpeza do plasma é realizada sob alto vácuo, os vários íons ativos no plasma têm um caminho livre médio longo e suas capacidades de penetração e permeação são fortes, permitindo o tratamento de estruturas complexas, incluindo tubos finos e furos cegos.
2) Introdução de grupos funcionais: O tratamento plasmático de materiais poliméricos com gases como N2, NH3, O2 e SO2 pode alterar a composição química da superfície e introduzir novos grupos funcionais correspondentes: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, etc. seu valor de uso. Em contraste com o plasma de oxigênio, o tratamento com plasma de baixa temperatura com gases contendo flúor pode introduzir átomos de flúor na superfície do substrato, conferindo hidrofobicidade ao substrato.
3) Polimerização: Muitos monômeros vinílicos, como etileno e estireno, podem sofrer polimerização na superfície das peças sob condições de plasma sem a necessidade de quaisquer outros catalisadores ou iniciadores. Mesmo substâncias que não podem ser polimerizadas sob condições convencionais, como metano, etano e benzeno, podem sofrer polimerização de reticulação na superfície das peças sob condições de plasma. Esta camada polimerizada pode ser muito densa e fortemente ligada ao substrato. Em países estrangeiros, garrafas plásticas de cerveja e tanques de combustível de automóveis são revestidos com uma camada tão densa por meio de polimerização a plasma para evitar microvazamento. A superfície dos materiais poliméricos biomédicos também pode ser revestida com esta camada densa para evitar a difusão de substâncias tóxicas, como plastificantes, do plástico para os tecidos humanos. Os componentes ópticos podem muitas vezes ser revestidos com uma película óptica apropriada na sua superfície através de medidas de polimerização por plasma, a fim de melhorar o desempenho dos componentes ópticos.
4) Enxerto induzido por plasma:
O processo envolve a geração de radicais livres ativos na superfície de materiais poliméricos por meio de pré-tratamento de plasma, que desencadeia a polimerização de monômeros vinílicos na superfície do material. O plasma também pode induzir reações de enxerto em certas superfícies irregulares, como as paredes internas dos frascos. Ao selecionar monômeros de enxerto apropriados e controlar as condições de reação de enxerto apropriadas, a hidrofilicidade ou repelência à água, adesão, resistência à corrosão, resistência ao desgaste, condutividade, seletividade de permeabilidade e biocompatibilidade do material podem ser alteradas. Portanto, o enxerto de plasma é altamente inovador e apresenta grandes perspectivas de aplicação.
