1. Шта је плазма?
Плазма, четврто стање материје, је јонизована гасовита супстанца састављена од атома са одстрањеним неким електронима и позитивним и негативним јонима који настају након јонизације атома. Овај јонизовани гас се састоји од атома, молекула, атомских група, јона и електрона. Његовом применом на површини предмета може се постићи ултра-чисто чишћење, површинска активација, нагризање и плазма површински премаз објеката.
2. Како вештачки добити плазму?
Плазма се може генерисати путем вештачких средстава као што су нуклеарна фузија, нуклеарна фисија, сјајно пражњење и разне врсте пражњења. Различити типови плазме се такође могу произвести методама вештачког пражњења, углавном укључујући: сјај (флуоресцентне сијалице), лук (електрични лук) и коронско пражњење (често се види око високонапонских водова). За прецизно површинско чишћење, површинску активацију и модификацију, као и површинску обраду биоинжењерских материјала, пластике и папира, највише се користи нискотемпературна плазма генерисана усијаним пражњењем, коронским пражњењем и пражњењем диелектричне баријере.
У високофреквентном електричном пољу, молекули гаса као што су кисеоник, азот, метан и водена пара под ниским притиском могу се разградити на убрзане атоме и молекуле током усијаног пражњења. Електрони генерисани на овај начин и атоми и молекули дисоцирани на позитивна и негативна наелектрисања сударају се са околним молекулима или атомима, што резултира ексцитацијом електрона у молекулима и атомима, који су и сами у побуђеном или јонском стању. У овом тренутку, стање материје је у стању плазме.
3. Које врсте плазме постоје?
1) Плазма високе температуре и плазма ниске температуре. Високотемпературна плазма се односи на потпуно јонизовану или локално термички уравнотежену плазму где је температура електрона тачно једнака температури јона и гаса. Температуре свих честица су скоро идентичне. Температура је изузетно висока, обично достиже 10 6-10 8 К (приближно 100-100 милиона степени Целзијуса). Плазма ниске температуре је у нетермичном равнотежном стању, где је температура електрона много виша од температуре јона и неутралних честица. Због превеликог интензитета дејства високотемпературне плазме на површину објеката, ретко се користи у практичним применама, а тренутно је у употреби само плазма ниске температуре.
2) Плазма реактивних и нереактивних гасова. Ова класификација је заснована на хемијским својствима гасова који се користе за стварање плазме. У нереактивне гасове спадају аргон (Ар), азот (Н2), азот-флуорид (НФ3), угљен-тетрафлуорид (ЦФ4) итд., док у реактивне гасове спадају кисеоник (О2), водоник (Х2) итд. Механизми реакције различитих врста гасова током процеса чишћења су различити, при чему плазма реактивних гасова испољава јачу хемијску реактивност.
4. Какве су интеракције између плазме и површине предмета?
Хемијска реакција између плазме и површине радног комада се прилично разликује од конвенционалних хемијских реакција. Због бомбардовања електрона велике брзине, многи гасови или паре који су стабилни на собној температури могу да реагују са површином радног предмета у облику плазме, производећи многе јединствене и корисне ефекте:
1) Чишћење и нагризање: На пример, током чишћења, кисеоник се често користи као радни гас. Када га бомбардују убрзани електрони, он се претвара у јоне кисеоника и слободне радикале, који показују јака оксидациона својства. Загађивачи на површини радног предмета, као што су маст, флукс, фоторезист, средство за одвајање и уље за бушење, брзо се оксидирају у угљен-диоксид и воду, који се затим испумпавају помоћу вакуум пумпе, чиме се постиже циљ чишћења површине и побољшања влажења и адхезије. Третман плазмом на ниској температури укључује само плитку површину (<10 нм) материјала и не утиче на својства расутог материјала. Пошто се чишћење плазмом врши под високим вакуумом, различити активни јони у плазми имају дуг средњи слободни пут, а њихове способности продирања и пермеације су јаке, што омогућава третман сложених структура, укључујући фине цеви и слепе рупе.
2) Увођење функционалних група: Плазма третман полимерних материјала гасовима као што су Н2, НХ3, О2 и СО2 може променити хемијски састав површине и увести одговарајуће нове функционалне групе: -НХ2, -ОХ, -ЦООХ, -СО3Х, итд. Ове функционалне групе могу да трансформишу потпуно инертне супстрате као што су полиетилен, полиетилен, полипропилен функционализован материјала, побољшавајући површински поларитет, квашење, способност везивања, реактивност и значајно повећавајући њихову употребну вредност. За разлику од кисеоничке плазме, нискотемпературни третман плазмом гасовима који садрже флуор може увести атоме флуора на површину супстрата, дајући супстрату хидрофобност.
3) Полимеризација: Многи винил мономери, као што су етилен и стирен, могу се подвргнути полимеризацији на површини радних комада у условима плазме без потребе за било којим другим катализаторима или иницијаторима. Чак и супстанце које се не могу полимеризовати у конвенционалним условима, као што су метан, етан и бензен, могу да се подвргну полимеризацији унакрсног повезивања на површини радног комада у условима плазме. Овај полимеризовани слој може бити веома густ и снажно везан за подлогу. У страним земљама пластичне пивске боце и резервоари за гориво за аутомобиле су премазани тако густим слојем кроз плазма полимеризацију да би се спречило микро-цурење. Површина биомедицинских полимерних материјала такође може бити обложена овим густим слојем како би се спречила дифузија токсичних супстанци као што су пластификатори из пластике у људска ткива. Оптичке компоненте се често могу премазати одговарајућим оптичким филмом на својој површини путем мера плазма полимеризације, како би се побољшале перформансе оптичких компоненти.
4) калемљење изазвано плазмом:
Процес укључује стварање активних слободних радикала на површини полимерних материјала кроз предтретман плазмом, који покреће полимеризацију винил мономера на површини материјала. Плазма такође може да изазове реакције калемљења на одређеним неправилним површинама, као што су унутрашњи зидови боца. Избором одговарајућих мономера за калемљење и контролом одговарајућих услова реакције калемљења, хидрофилност или водоодбојност, адхезија, отпорност на корозију, отпорност на хабање, проводљивост, селективност пермеабилности и биокомпатибилност материјала могу се променити. Због тога је плазма калемљење веома иновативно и има велике изгледе за примену.
