1. Vad är plasma?
Plasma, det fjärde tillståndet av materia, är ett joniserat gasformigt ämne som består av atomer med några elektroner bortskalade och positiva och negativa joner som genereras efter jonisering av atomer. Denna joniserade gas består av atomer, molekyler, atomgrupper, joner och elektroner. Dess applicering på ytan av föremål kan uppnå ultraren rengöring, ytaktivering, etsning och plasmaytbeläggning av föremål.
2. Hur man artificiellt erhåller plasma?
Plasma kan genereras genom konstgjorda medel som kärnfusion, kärnklyvning, glödurladdning och olika typer av urladdningar. Olika typer av plasma kan också produceras genom konstgjorda urladdningsmetoder, främst inklusive: glöd (lysrör), båge (elbåge) och koronaurladdning (sedda ofta runt högspänningsledningar). För precisionsrengöring av ytor, ytaktivering och modifiering, såväl som ytbearbetning av biotekniska material, plaster och papper, används oftast lågtemperaturplasma som genereras av glödurladdning, koronaurladdning och dielektrisk barriärurladdning.
I ett högfrekvent elektriskt fält kan gasmolekyler som syre, kväve, metan och vattenånga under lågt tryck sönderdelas till accelererade atomer och molekyler under glödurladdning. Elektronerna som genereras på detta sätt och atomerna och molekylerna dissocierade till positiva och negativa laddningar kolliderar med omgivande molekyler eller atomer, vilket resulterar i excitation av elektroner i molekylerna och atomerna, som själva är i ett exciterat eller joniskt tillstånd. Vid denna tidpunkt är materiens tillstånd i ett plasmatillstånd.
3. Vilka plasmatyper finns det?
1) Högtemperaturplasma och lågtemperaturplasma. Högtemperaturplasma avser helt joniserad eller lokalt termiskt ekvilibrerad plasma där elektrontemperaturen är exakt lika med jon- och gastemperaturerna. Temperaturerna för alla partiklar är nästan identiska. Temperaturen är extremt hög och når vanligtvis 10 6−10 8 K (ungefär 100-100 miljoner grader Celsius). Lågtemperaturplasma är i ett icke-termiskt jämviktstillstånd, där elektrontemperaturen är mycket högre än temperaturen för joner och neutrala partiklar. På grund av den överdrivna intensiteten av effekten av högtemperaturplasma på ytan av föremål används den sällan i praktiska tillämpningar, och för närvarande används endast lågtemperaturplasma.
2) Plasma av reaktiva och icke-reaktiva gaser. Denna klassificering baseras på de kemiska egenskaperna hos de gaser som används för att generera plasma. Icke-reaktiva gaser inkluderar argon (Ar), kväve (N2), kvävefluorid (NF3), koltetrafluorid (CF4), etc., medan reaktiva gaser inkluderar syre (O2), väte (H2), etc. Reaktionsmekanismerna för olika typer av gaser under reningsprocessen är olika, med plasma av reaktiva gaser som uppvisar starkare kemisk reaktivitet.
4. Vilken är interaktionen mellan plasma och föremålsyta?
Den kemiska reaktionen mellan plasma och ytan på ett arbetsstycke är helt annorlunda än konventionella kemiska reaktioner. På grund av bombarderingen av höghastighetselektroner kan många gaser eller ångor som är stabila vid rumstemperatur reagera med arbetsstyckets yta i form av plasma, vilket ger många unika och användbara effekter:
1) Rengöring och etsning: Till exempel vid rengöring används ofta syrgas som arbetsgas. När den bombarderas av accelererade elektroner omvandlas den till syrejoner och fria radikaler, som uppvisar starka oxiderande egenskaper. Föroreningar på arbetsstyckets yta, såsom fett, flussmedel, fotoresist, släppmedel och stansolja, oxideras snabbt till koldioxid och vatten, som sedan pumpas bort av en vakuumpump, vilket uppnår målet att rengöra ytan och förbättra vätbarheten och vidhäftningen. Plasmabehandling vid låg temperatur involverar endast materialets grunda yta (<10nm) och påverkar inte bulkmaterialets egenskaper. Eftersom plasmarengöring utförs under högvakuum, har de olika aktiva jonerna i plasmat en lång medelfri väg, och deras penetrations- och genomträngningsförmåga är stark, vilket möjliggör behandling av komplexa strukturer, inklusive fina rör och blinda hål.
2) Införande av funktionella grupper: Plasmabehandling av polymermaterial med gaser som N2, NH3, O2 och SO2 kan förändra den kemiska sammansättningen av ytan och introducera motsvarande nya funktionella grupper: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, etc. Dessa funktionella grupper kan omvandla helt inerta substrat såsom polyeten, polypropylen, funktionaliserad polyetylen, polyeten och polystyren. polaritet, vätbarhet, bindbarhet, reaktivitet och kraftigt öka deras användningsvärde. I motsats till syreplasma kan plasmabehandling med låg temperatur med fluorinnehållande gaser introducera fluoratomer på substratytan, vilket ger substratet hydrofobicitet.
3) Polymerisation: Många vinylmonomerer, såsom eten och styren, kan genomgå polymerisation på ytan av arbetsstycken under plasmaförhållanden utan behov av några andra katalysatorer eller initiatorer. Även ämnen som inte kan polymeriseras under konventionella förhållanden, såsom metan, etan och bensen, kan genomgå tvärbindningspolymerisation på ytan av arbetsstycken under plasmaförhållanden. Detta polymeriserade skikt kan vara mycket tätt och starkt bundet till substratet. I främmande länder är plastölflaskor och bilbränsletankar belagda med ett så tätt lager genom plasmapolymerisation för att förhindra mikroläckage. Ytan på biomedicinska polymermaterial kan också beläggas med detta täta skikt för att förhindra diffusion av giftiga ämnen såsom mjukgörare från plasten till mänskliga vävnader. Optiska komponenter kan ofta beläggas med en lämplig optisk film på sin yta genom plasmapolymerisationsåtgärder, för att förbättra de optiska komponenternas prestanda.
4) Plasma-inducerad ympning:
Processen involverar generering av aktiva fria radikaler på ytan av polymermaterial genom plasmaförbehandling, vilket utlöser polymerisationen av vinylmonomerer på materialytan. Plasma kan också inducera ympreaktioner på vissa oregelbundna ytor, såsom flaskors innerväggar. Genom att välja lämpliga ympmonomerer och kontrollera de lämpliga ympningsreaktionsbetingelserna kan hydrofilicitet eller vattenavstötningsförmåga, vidhäftning, korrosionsbeständighet, nötningsbeständighet, konduktivitet, permeabilitetsselektivitet och biokompatibilitet för materialet ändras. Därför är plasmatransplantation mycket innovativt och har stora tillämpningsmöjligheter.
