1. Čo je plazma?
Plazma, štvrté skupenstvo hmoty, je ionizovaná plynná látka zložená z atómov, z ktorých niektoré elektróny sú odstránené a kladné a záporné ióny vznikajúce po ionizácii atómov. Tento ionizovaný plyn pozostáva z atómov, molekúl, atómových skupín, iónov a elektrónov. Jeho aplikáciou na povrch predmetov je možné dosiahnuť ultračisté čistenie, aktiváciu povrchu, leptanie a plazmové povrchové poťahovanie predmetov.
2. Ako umelo získať plazmu？
Plazma môže byť generovaná umelými prostriedkami, ako je jadrová fúzia, jadrové štiepenie, žeravý výboj a rôzne typy výbojov. Rôzne typy plazmy sa môžu vyrábať aj metódami umelého výboja, najmä vrátane: žiara (žiarivky), oblúka (elektrický oblúk) a korónového výboja (často pozorovaného okolo vysokonapäťových vedení). Na precízne čistenie povrchov, aktiváciu a úpravu povrchov, ako aj povrchové spracovanie bioinžinierskych materiálov, plastov a papiera sa väčšinou používa nízkoteplotná plazma generovaná doutnavým výbojom, korónovým výbojom a dielektrickým bariérovým výbojom.
Vo vysokofrekvenčnom elektrickom poli sa molekuly plynu ako kyslík, dusík, metán a vodná para pod nízkym tlakom môžu rozložiť na zrýchlené atómy a molekuly počas žeravého výboja. Takto generované elektróny a atómy a molekuly disociované na kladné a záporné náboje sa zrážajú s okolitými molekulami alebo atómami, čo má za následok excitáciu elektrónov v molekulách a atómoch, ktoré sú samotné v excitovanom alebo iónovom stave. V tomto bode je stav hmoty v stave plazmy.
3. Aké typy plazmy existujú?
1) Vysokoteplotná plazma a nízkoteplotná plazma. Vysokoteplotná plazma označuje plne ionizovanú alebo lokálne tepelne ekvilibrovanú plazmu, kde sa teplota elektrónov presne rovná teplote iónu a plynu. Teploty všetkých častíc sú takmer rovnaké. Teplota je extrémne vysoká, zvyčajne dosahuje 10 6- 10 8 K (približne 100 - 100 miliónov stupňov Celzia). Nízkoteplotná plazma je v netepelnom rovnovážnom stave, kde je teplota elektrónov oveľa vyššia ako teploty iónov a neutrálnych častíc. Vzhľadom na nadmernú intenzitu pôsobenia vysokoteplotnej plazmy na povrch predmetov sa v praktických aplikáciách využíva len zriedka a v súčasnosti sa používa len nízkoteplotná plazma.
2) Plazma reaktívnych a nereaktívnych plynov. Táto klasifikácia je založená na chemických vlastnostiach plynov používaných na generovanie plazmy. Medzi nereaktívne plyny patrí argón (Ar), dusík (N2), fluorid dusnatý (NF3), fluorid uhličitý (CF4) atď., kým medzi reaktívne plyny patrí kyslík (O2), vodík (H2) atď.. Reakčné mechanizmy rôznych typov plynov počas procesu čistenia sú rôzne, pričom plazma reaktívnych plynov vykazuje silnejšiu chemickú reaktivitu.
4. Aké sú interakcie medzi plazmou a povrchom objektu?
Chemická reakcia medzi plazmou a povrchom obrobku je úplne odlišná od bežných chemických reakcií. V dôsledku bombardovania vysokorýchlostnými elektrónmi môže veľa plynov alebo pár, ktoré sú stabilné pri izbovej teplote, reagovať s povrchom obrobku vo forme plazmy, čím vzniká mnoho jedinečných a užitočných efektov:
1) Čistenie a leptanie: Napríklad pri čistení sa ako pracovný plyn často používa kyslík. Pri bombardovaní zrýchlenými elektrónmi sa mení na kyslíkové ióny a voľné radikály, ktoré vykazujú silné oxidačné vlastnosti. Nečistoty na povrchu obrobku, ako je mastnota, tavivo, fotorezist, separátor a dierovací olej, sa rýchlo oxidujú na oxid uhličitý a vodu, ktoré sa potom odčerpajú pomocou vákuovej pumpy, čím sa dosiahne cieľ vyčistiť povrch a zlepšiť zmáčavosť a priľnavosť. Nízkoteplotná plazmová úprava zahŕňa iba plytký povrch (<10nm) materiálu a neovplyvňuje vlastnosti sypkého materiálu. Pretože čistenie plazmou prebieha vo vysokom vákuu, rôzne aktívne ióny v plazme majú dlhú strednú voľnú cestu a ich penetračné a permeačné schopnosti sú silné, čo umožňuje ošetrenie zložitých štruktúr, vrátane jemných rúrok a slepých otvorov.
2) Zavedenie funkčných skupín: Plazmová úprava polymérnych materiálov plynmi ako N2, NH3, O2 a SO2 môže zmeniť chemické zloženie povrchu a zaviesť zodpovedajúce nové funkčné skupiny: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H atď. Tieto funkčné skupiny môžu transformovať úplne inertné substráty, ako je polyetylén, polypropylén, polystyrén a polytetrafluóretylén, povrchovo upravené materiály s funkcionalitou a schopnosťou zosilnenia za mokra, schopnosť zosilnenia za mokra, zvlhčenie. výrazne zvyšuje ich úžitkovú hodnotu. Na rozdiel od kyslíkovej plazmy môže nízkoteplotná plazmová úprava s plynmi obsahujúcimi fluór zaviesť atómy fluóru na povrch substrátu, čím sa substrátu udelí hydrofóbnosť.
3) Polymerizácia: Mnoho vinylových monomérov, ako je etylén a styrén, môže podstúpiť polymerizáciu na povrchu obrobkov v podmienkach plazmy bez potreby akýchkoľvek iných katalyzátorov alebo iniciátorov. Dokonca aj látky, ktoré sa nedajú polymerizovať za bežných podmienok, ako je metán, etán a benzén, môžu v podmienkach plazmy podstúpiť zosieťovanú polymerizáciu na povrchu obrobkov. Táto polymerizovaná vrstva môže byť veľmi hustá a pevne spojená so substrátom. V zahraničí sú plastové pivové fľaše a automobilové palivové nádrže potiahnuté takou hustou vrstvou prostredníctvom plazmovej polymerizácie, aby sa zabránilo mikroúniku. Povrch biomedicínskych polymérnych materiálov môže byť tiež potiahnutý touto hustou vrstvou, aby sa zabránilo difúzii toxických látok, ako sú plastifikátory, z plastu do ľudských tkanív. Optické komponenty môžu byť často potiahnuté vhodným optickým filmom na svojom povrchu pomocou opatrení plazmovej polymerizácie, aby sa zlepšil výkon optických komponentov.
4) Plazmou indukované štepenie:
Proces zahŕňa generovanie aktívnych voľných radikálov na povrchu polymérnych materiálov prostredníctvom predúpravy plazmou, ktorá spúšťa polymerizáciu vinylových monomérov na povrchu materiálu. Plazma môže tiež vyvolať štepovacie reakcie na určitých nepravidelných povrchoch, ako sú vnútorné steny fliaš. Výberom vhodných vrúbľovacích monomérov a riadením vhodných podmienok vrúbľovacej reakcie možno zmeniť hydrofilnosť alebo vodoodpudivosť, adhéziu, odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebovaniu, vodivosť, selektivitu permeability a biokompatibilitu materiálu. Preto je plazmové štepenie vysoko inovatívne a má skvelé aplikačné vyhliadky.
