1. Ce este plasma?
Plasma, a patra stare a materiei, este o substanță gazoasă ionizată compusă din atomi cu unii electroni îndepărtați și ioni pozitivi și negativi generați după ionizarea atomilor. Acest gaz ionizat este format din atomi, molecule, grupuri atomice, ioni și electroni. Aplicarea sa pe suprafața obiectelor poate realiza curățarea ultra-curată, activarea suprafeței, gravarea și acoperirea suprafeței cu plasmă a obiectelor.
2. Cum să obțineți plasmă artificial?
Plasma poate fi generată prin mijloace artificiale, cum ar fi fuziunea nucleară, fisiunea nucleară, descărcarea strălucitoare și diferite tipuri de descărcări. Diferite tipuri de plasmă pot fi, de asemenea, produse prin metode de descărcare artificială, incluzând în principal: strălucire (lămpi fluorescente), arc (arc electric) și descărcare corona (văzută adesea în jurul liniilor de înaltă tensiune). Pentru curățarea de precizie a suprafețelor, activarea și modificarea suprafeței, precum și prelucrarea suprafeței materialelor de bioinginerie, materialelor plastice și hârtiei, este utilizată în cea mai mare parte plasma la temperatură joasă generată de descărcarea strălucitoare, descărcarea corona și descărcarea barierei dielectrice.
Într-un câmp electric de înaltă frecvență, moleculele de gaz precum oxigenul, azotul, metanul și vaporii de apă sub presiune joasă se pot descompune în atomi și molecule accelerate în timpul descărcării strălucitoare. Electronii generați în acest fel și atomii și moleculele disociate în sarcini pozitive și negative se ciocnesc cu moleculele sau atomii din jur, rezultând excitarea electronilor în molecule și atomi, care sunt ei înșiși într-o stare excitată sau ionică. În acest moment, starea materiei este în stare de plasmă.
3. Ce tipuri de plasmă există?
1) Plasmă la temperatură înaltă și plasmă la temperatură joasă. Plasma de înaltă temperatură se referă la plasma complet ionizată sau echilibrată termic local, unde temperatura electronilor este exact egală cu temperatura ionilor și gazului. Temperaturile tuturor particulelor sunt aproape identice. Temperatura este extrem de ridicată, atingând de obicei 10 6-10 8 K (aproximativ 100-100 milioane de grade Celsius). Plasma la temperatură joasă se află într-o stare de echilibru non-termic, unde temperatura electronilor este mult mai mare decât temperatura ionilor și a particulelor neutre. Datorită intensității excesive a efectului plasmei de înaltă temperatură pe suprafața obiectelor, este rar folosită în aplicații practice, iar în prezent este pusă în funcțiune doar plasma la temperatură joasă.
2) Plasmă de gaze reactive și nereactive. Această clasificare se bazează pe proprietățile chimice ale gazelor utilizate pentru generarea plasmei. Gazele nereactive includ argon (Ar), azot (N2), fluorură de azot (NF3), tetrafluorura de carbon (CF4) etc., în timp ce gazele reactive includ oxigen (O2), hidrogen (H2) etc. Mecanismele de reacție ale diferitelor tipuri de gaze în timpul procesului de curățare sunt diferite, plasma de gaze reactive manifestând o reactivitate chimică mai puternică.
4. Care sunt interacțiunile dintre plasmă și suprafața obiectului?
Reacția chimică dintre plasmă și suprafața unei piese de prelucrat este destul de diferită de reacțiile chimice convenționale. Datorită bombardării electronilor de mare viteză, multe gaze sau vapori care sunt stabili la temperatura camerei pot reacționa cu suprafața piesei de prelucrat sub formă de plasmă, producând multe efecte unice și utile:
1) Curățare și gravare: De exemplu, în timpul curățării, oxigenul este adesea folosit ca gaz de lucru. Când este bombardat de electroni accelerați, este transformat în ioni de oxigen și radicali liberi, care prezintă proprietăți oxidante puternice. Contaminanții de pe suprafața piesei de prelucrat, cum ar fi grăsimea, fluxul, fotorezistul, agentul de degajare și uleiul de perforare, sunt oxidați rapid în dioxid de carbon și apă, care sunt apoi pompați de o pompă de vid, realizând scopul de a curăța suprafața și de a îmbunătăți umecbilitatea și aderența. Tratamentul cu plasmă la temperatură joasă implică doar suprafața mică (<10nm) a materialului și nu afectează proprietățile materialului în vrac. Deoarece curățarea cu plasmă se efectuează sub vid înalt, diferiții ioni activi din plasmă au o cale liberă medie lungă, iar abilitățile lor de penetrare și permeare sunt puternice, permițând tratarea structurilor complexe, inclusiv tuburi fine și găuri oarbe.
2) Introducerea grupelor funcționale: Tratamentul cu plasmă a materialelor polimerice cu gaze precum N2, NH3, O2 și SO2 poate modifica compoziția chimică a suprafeței și poate introduce noi grupe funcționale corespunzătoare: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H etc. Aceste grupe funcționale pot transforma substraturi complet inerte, cum ar fi polietilenă, polipropilenă, polietilenă, polipropilenă, polietilenă, funcțională, polipropilenă și polietilenă sporind polaritatea suprafeței, umectarea, lipirea, reactivitatea și creșterea semnificativă a valorii lor de utilizare. Spre deosebire de plasma cu oxigen, tratamentul cu plasmă la temperatură joasă cu gaze care conțin fluor poate introduce atomi de fluor pe suprafața substratului, conferind substratului hidrofobicitate.
3) Polimerizare: Mulți monomeri de vinil, cum ar fi etilena și stirenul, pot suferi polimerizare pe suprafața pieselor de prelucrat în condiții de plasmă, fără a fi nevoie de alți catalizatori sau inițiatori. Chiar și substanțele care nu pot fi polimerizate în condiții convenționale, cum ar fi metanul, etanul și benzenul, pot suferi polimerizare prin reticulare pe suprafața pieselor de prelucrat în condiții de plasmă. Acest strat polimerizat poate fi foarte dens și puternic lipit de substrat. În țările străine, sticlele de bere din plastic și rezervoarele de combustibil pentru automobile sunt acoperite cu un astfel de strat dens prin polimerizare cu plasmă pentru a preveni micro-scurgerile. Suprafața materialelor polimerice biomedicale poate fi, de asemenea, acoperită cu acest strat dens pentru a preveni difuzarea substanțelor toxice, cum ar fi plastifianții, din plastic în țesuturile umane. Componentele optice pot fi adesea acoperite cu un film optic adecvat pe suprafața lor prin măsuri de polimerizare cu plasmă, pentru a îmbunătăți performanța componentelor optice.
4) Altoire indusă de plasmă:
Procesul implică generarea de radicali liberi activi pe suprafața materialelor polimerice prin pretratare cu plasmă, care declanșează polimerizarea monomerilor vinilici pe suprafața materialului. Plasma poate induce, de asemenea, reacții de altoire pe anumite suprafețe neregulate, cum ar fi pereții interiori ai sticlelor. Prin selectarea monomerilor de grefare adecvați și controlând condițiile de reacție de grefare adecvate, pot fi modificate hidrofilitatea sau hidrofugarea, aderența, rezistența la coroziune, rezistența la uzură, conductibilitatea, selectivitatea permeabilității și biocompatibilitatea materialului. Prin urmare, grefarea cu plasmă este extrem de inovatoare și are perspective mari de aplicare.
