1. พลาสมาคืออะไร?
พลาสมาซึ่งเป็นสถานะที่สี่ของสสารเป็นสสารก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนประกอบด้วยอะตอมโดยมีอิเล็กตรอนบางส่วนถูกดึงออกไปและมีไอออนบวกและลบเกิดขึ้นหลังจากการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอม ก๊าซไอออไนซ์นี้ประกอบด้วยอะตอม โมเลกุล หมู่อะตอม ไอออน และอิเล็กตรอน การใช้งานบนพื้นผิวของวัตถุสามารถบรรลุการทำความสะอาดที่สะอาดเป็นพิเศษ การกระตุ้นพื้นผิว การแกะสลัก และการเคลือบผิวด้วยพลาสมาของวัตถุ
2. วิธีรับพลาสมาแบบเทียม？
พลาสมาสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยวิธีเทียม เช่น นิวเคลียร์ฟิวชัน นิวเคลียสฟิชชัน การปล่อยแสง และการปล่อยประเภทต่างๆ พลาสมาประเภทต่างๆ สามารถผลิตได้โดยวิธีการคายประจุเทียม ซึ่งส่วนใหญ่ได้แก่: แสงเรืองแสง (หลอดฟลูออเรสเซนต์) ส่วนโค้ง (อาร์คไฟฟ้า) และการปล่อยโคโรนา (มักพบเห็นรอบๆ สายไฟฟ้าแรงสูง) สำหรับการทำความสะอาดพื้นผิวที่แม่นยำ การเปิดใช้งานและการปรับเปลี่ยนพื้นผิว รวมถึงการแปรรูปพื้นผิวของวัสดุวิศวกรรมชีวภาพ พลาสติก และกระดาษ พลาสมาอุณหภูมิต่ำที่เกิดจากการปล่อยแสง การปล่อยโคโรนา และการปล่อยสิ่งกีดขวางไดอิเล็กทริกส่วนใหญ่จะใช้
ในสนามไฟฟ้าความถี่สูง โมเลกุลของก๊าซ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน มีเทน และไอน้ำ ภายใต้ความดันต่ำสามารถสลายตัวเป็นอะตอมและโมเลกุลที่เร่งความเร็วได้ในระหว่างการปล่อยแสง อิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้และอะตอมและโมเลกุลที่แยกตัวออกเป็นประจุบวกและประจุลบชนกับโมเลกุลหรืออะตอมที่อยู่รอบๆ ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นของอิเล็กตรอนในโมเลกุลและอะตอมซึ่งตัวมันเองอยู่ในสถานะตื่นเต้นหรือไอออนิก ณ จุดนี้ สถานะของสสารอยู่ในสถานะพลาสมา
3. พลาสมามีกี่ประเภท?
1) พลาสมาอุณหภูมิสูงและพลาสมาอุณหภูมิต่ำ พลาสมาอุณหภูมิสูงหมายถึงพลาสมาที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์หรือพลาสมาที่ปรับสมดุลด้วยความร้อนเฉพาะที่ โดยที่อุณหภูมิอิเล็กตรอนเท่ากับอุณหภูมิของไอออนและก๊าซทุกประการ อุณหภูมิของอนุภาคทั้งหมดแทบจะเท่ากัน อุณหภูมิจะสูงมาก โดยทั่วไปจะสูงถึง 10 6−10 8 เคลวิน (ประมาณ 100-100 ล้านองศาเซลเซียส) พลาสมาอุณหภูมิต่ำอยู่ในสถานะไม่สมดุลทางความร้อน โดยที่อุณหภูมิของอิเล็กตรอนจะสูงกว่าอุณหภูมิของไอออนและอนุภาคที่เป็นกลางมาก เนื่องจากผลกระทบของพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงบนพื้นผิวของวัตถุมีความเข้มข้นมากเกินไป จึงไม่ค่อยมีการใช้ในการใช้งานจริง และในปัจจุบันมีเพียงพลาสมาที่มีอุณหภูมิต่ำเท่านั้นที่ถูกนำมาใช้
2) พลาสมาของก๊าซที่เกิดปฏิกิริยาและไม่เกิดปฏิกิริยา การจำแนกประเภทนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีของก๊าซที่ใช้สร้างพลาสมา ก๊าซที่ไม่เกิดปฏิกิริยา ได้แก่ อาร์กอน (Ar) ไนโตรเจน (N2) ไนโตรเจนฟลูออไรด์ (NF3) คาร์บอนเตตราฟลูออไรด์ (CF4) ฯลฯ ในขณะที่ก๊าซที่เกิดปฏิกิริยา ได้แก่ ออกซิเจน (O2) ไฮโดรเจน (H2) เป็นต้น กลไกการเกิดปฏิกิริยาของก๊าซประเภทต่างๆ ในระหว่างกระบวนการทำความสะอาดจะแตกต่างกัน โดยพลาสมาของก๊าซที่เกิดปฏิกิริยาจะแสดงปฏิกิริยาทางเคมีที่รุนแรงยิ่งขึ้น
4. ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลาสมากับพื้นผิววัตถุคืออะไร?
ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างพลาสมากับพื้นผิวของชิ้นงานค่อนข้างแตกต่างจากปฏิกิริยาเคมีทั่วไป เนื่องจากการกระหน่ำของอิเล็กตรอนความเร็วสูง ก๊าซหรือไอระเหยจำนวนมากที่มีความเสถียรที่อุณหภูมิห้องสามารถทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของชิ้นงานในรูปของพลาสมา ทำให้เกิดผลลัพธ์ที่มีเอกลักษณ์และมีประโยชน์มากมาย:
1) การทำความสะอาดและการแกะสลัก: ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการทำความสะอาด มักใช้ออกซิเจนเป็นก๊าซในการทำงาน เมื่อถูกโจมตีด้วยอิเล็กตรอนที่ถูกเร่ง มันจะถูกแปลงเป็นไอออนออกซิเจนและอนุมูลอิสระ ซึ่งแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์อย่างแรง สิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวของชิ้นงาน เช่น จาระบี ฟลักซ์ สารต้านทานแสง สารปลดปล่อย และน้ำมันพันช์ จะถูกออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ จากนั้นปั๊มสุญญากาศจะถูกสูบออกไป เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการทำความสะอาดพื้นผิว และปรับปรุงความสามารถในการเปียกน้ำและการยึดเกาะ การบำบัดพลาสมาที่อุณหภูมิต่ำเกี่ยวข้องกับพื้นผิวตื้น (<10 นาโนเมตร) ของวัสดุเท่านั้น และไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของวัสดุเทกอง เนื่องจากการทำความสะอาดพลาสมาดำเนินการภายใต้สุญญากาศสูง ไอออนแอคทีฟต่างๆ ในพลาสมาจึงมีเส้นทางอิสระที่ยาว และความสามารถในการเจาะและการซึมผ่านของไอออนนั้นแข็งแกร่ง ทำให้สามารถบำบัดโครงสร้างที่ซับซ้อนได้ รวมถึงท่อขนาดเล็กและรูตัน
2) การแนะนำกลุ่มฟังก์ชัน: การบำบัดด้วยพลาสมาของวัสดุโพลีเมอร์ด้วยก๊าซ เช่น N2, NH3, O2 และ SO2 สามารถเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของพื้นผิวและแนะนำกลุ่มฟังก์ชันใหม่ที่เกี่ยวข้อง: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H เป็นต้น กลุ่มฟังก์ชันเหล่านี้สามารถเปลี่ยนซับสเตรตเฉื่อยอย่างสมบูรณ์ เช่น โพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน โพลีสไตรีน และโพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน ให้เป็นวัสดุเชิงฟังก์ชัน เพิ่มขั้วของพื้นผิว ความสามารถในการเปียกน้ำ ความสามารถในการยึดเกาะ การเกิดปฏิกิริยา และเพิ่มมูลค่าการใช้งานอย่างมาก ตรงกันข้ามกับออกซิเจนพลาสมา การบำบัดพลาสมาที่อุณหภูมิต่ำด้วยก๊าซที่ประกอบด้วยฟลูออรีนสามารถแนะนำอะตอมของฟลูออรีนลงบนพื้นผิวของซับสเตรต ทำให้เกิดความสามารถในการไม่ชอบน้ำให้กับซับสเตรต
3) การเกิดพอลิเมอไรเซชัน: ไวนิลโมโนเมอร์หลายชนิด เช่น เอทิลีนและสไตรีน สามารถเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันบนพื้นผิวของชิ้นงานภายใต้สภาวะพลาสมาได้โดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวริเริ่มอื่นใด แม้แต่สารที่ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ได้ภายใต้สภาวะทั่วไป เช่น มีเทน อีเทน และเบนซีน ก็สามารถเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบ cross-linking บนพื้นผิวของชิ้นงานภายใต้สภาวะพลาสมาได้ ชั้นโพลีเมอร์นี้สามารถมีความหนาแน่นมากและยึดติดกับซับสเตรตได้อย่างแน่นหนา ในต่างประเทศ ขวดเบียร์พลาสติกและถังเชื้อเพลิงรถยนต์จะถูกเคลือบด้วยชั้นที่มีความหนาแน่นดังกล่าวผ่านพลาสมาโพลีเมอไรเซชันเพื่อป้องกันการรั่วไหลในระดับไมโคร พื้นผิวของวัสดุโพลีเมอร์ชีวการแพทย์สามารถเคลือบด้วยชั้นหนาแน่นนี้เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของสารพิษ เช่น พลาสติไซเซอร์ จากพลาสติกไปสู่เนื้อเยื่อของมนุษย์ ส่วนประกอบทางแสงมักจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มแสงที่เหมาะสมบนพื้นผิวโดยใช้มาตรการพลาสมาโพลีเมอร์ไรเซชัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของส่วนประกอบทางแสง
4) การต่อกิ่งด้วยพลาสมา:
กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างอนุมูลอิสระที่แอคทีฟบนพื้นผิวของวัสดุโพลีเมอร์ผ่านการปรับสภาพด้วยพลาสมา ซึ่งกระตุ้นการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของไวนิลโมโนเมอร์บนพื้นผิวของวัสดุ พลาสมายังสามารถกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาการต่อกิ่งบนพื้นผิวที่ไม่ปกติบางอย่าง เช่น ผนังด้านในของขวด โดยการเลือกโมโนเมอร์กราฟต์ที่เหมาะสมและควบคุมสภาวะปฏิกิริยากราฟต์ที่เหมาะสม ความสามารถในการชอบน้ำหรือการกันน้ำ การยึดเกาะ ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ การนำไฟฟ้า การเลือกความสามารถในการซึมผ่าน และความเข้ากันได้ทางชีวภาพของวัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้นการปลูกถ่ายพลาสมาจึงเป็นนวัตกรรมใหม่และมีโอกาสในการใช้งานที่ดีเยี่ยม
