1. Plazma nedir?
Maddenin dördüncü hali olan plazma, bazı elektronların sıyrıldığı atomlardan ve atomların iyonlaşmasından sonra oluşan pozitif ve negatif iyonlardan oluşan iyonize gaz halindeki bir maddedir. Bu iyonize gaz atomlardan, moleküllerden, atom gruplarından, iyonlardan ve elektronlardan oluşur. Nesnelerin yüzeyine uygulanması, nesnelerin ultra temiz temizliğini, yüzey aktivasyonunu, dağlanmasını ve plazma yüzey kaplamasını sağlayabilir.
2. Yapay olarak plazma nasıl elde edilir？
Plazma, nükleer füzyon, nükleer fisyon, parıltılı deşarj ve çeşitli deşarj türleri gibi yapay yollarla üretilebilir. Yapay deşarj yöntemleriyle farklı türde plazmalar da üretilebilir; bunlar arasında başlıca şunlar yer alır: parıltı (floresan lambalar), ark (elektrik arkı) ve korona deşarjı (genellikle yüksek voltaj hatlarının çevresinde görülür). Hassas yüzey temizliği, yüzey aktivasyonu ve modifikasyonunun yanı sıra biyomühendislik malzemelerinin, plastiklerin ve kağıdın yüzey işlemesi için çoğunlukla akkor deşarj, korona deşarjı ve dielektrik bariyer deşarjı tarafından oluşturulan düşük sıcaklıktaki plazma kullanılır.
Yüksek frekanslı bir elektrik alanında, düşük basınç altındaki oksijen, nitrojen, metan ve su buharı gibi gaz molekülleri, parıltılı deşarj sırasında hızlandırılmış atomlara ve moleküllere ayrışabilir. Bu şekilde üretilen elektronlar ve pozitif ve negatif yüklere ayrışan atomlar ve moleküller çevredeki moleküller veya atomlarla çarpışır, bu da kendileri uyarılmış veya iyonik durumda olan moleküller ve atomlardaki elektronların uyarılmasına neden olur. Bu noktada maddenin hali plazma halindedir.
3. Hangi plazma türleri vardır?
1) Yüksek sıcaklıkta plazma ve düşük sıcaklıkta plazma. Yüksek sıcaklıkta plazma, elektron sıcaklığının iyon ve gaz sıcaklıklarına tam olarak eşit olduğu, tamamen iyonize edilmiş veya lokal olarak termal olarak dengelenmiş plazmayı ifade eder. Bütün parçacıkların sıcaklıkları neredeyse aynıdır. Sıcaklık son derece yüksektir, tipik olarak 10 6−10 8 K'ye (yaklaşık 100-100 milyon santigrat derece) ulaşır. Düşük sıcaklıktaki plazma, elektron sıcaklığının iyonların ve nötr parçacıkların sıcaklıklarından çok daha yüksek olduğu termal olmayan bir denge durumundadır. Yüksek sıcaklıktaki plazmanın nesnelerin yüzeyi üzerindeki etkisinin aşırı yoğunluğundan dolayı pratik uygulamalarda nadiren kullanılır ve şu anda sadece düşük sıcaklıktaki plazma kullanıma sunulmaktadır.
2) Reaktif ve reaktif olmayan gazların plazması. Bu sınıflandırma, plazma üretmek için kullanılan gazların kimyasal özelliklerine dayanmaktadır. Reaktif olmayan gazlar arasında argon (Ar), nitrojen (N2), nitrojen florür (NF3), karbon tetraflorür (CF4) vb. bulunurken reaktif gazlar arasında oksijen (O2), hidrojen (H2) vb. bulunur. Temizleme işlemi sırasında farklı gaz türlerinin reaksiyon mekanizmaları farklıdır; reaktif gazların plazması daha güçlü kimyasal reaktivite sergiler.
4. Plazma ile nesne yüzeyi arasındaki etkileşimler nelerdir?
Plazma ile iş parçasının yüzeyi arasındaki kimyasal reaksiyon, geleneksel kimyasal reaksiyonlardan oldukça farklıdır. Yüksek hızlı elektronların bombardımanı nedeniyle, oda sıcaklığında stabil olan birçok gaz veya buhar, iş parçasının yüzeyiyle plazma formunda reaksiyona girerek birçok benzersiz ve faydalı etki yaratabilir:
1) Temizleme ve aşındırma: Örneğin temizleme sırasında çalışma gazı olarak çoğunlukla oksijen kullanılır. Hızlandırılmış elektronların bombardımanına uğradığında, güçlü oksitleyici özellikler sergileyen oksijen iyonlarına ve serbest radikallere dönüşür. Gres, akı, fotodirenç, ayırıcı madde ve zımba yağı gibi iş parçasının yüzeyindeki kirletici maddeler hızla karbondioksit ve suya oksitlenir ve bunlar daha sonra bir vakum pompası tarafından pompalanarak yüzeyin temizlenmesi ve ıslanabilirlik ve yapışmanın iyileştirilmesi hedefine ulaşılır. Düşük sıcaklıkta plazma işlemi yalnızca malzemenin sığ yüzeyini (<10nm) içerir ve dökme malzemenin özelliklerini etkilemez. Plazma temizliği yüksek vakum altında yapıldığından, plazmadaki çeşitli aktif iyonların ortalama serbest yolu uzundur ve nüfuz etme ve nüfuz etme yetenekleri güçlüdür; ince tüpler ve kör delikler de dahil olmak üzere karmaşık yapıların işlenmesine olanak sağlar.
2) Fonksiyonel grupların tanıtılması: Polimer malzemelerin N2, NH3, O2 ve SO2 gibi gazlarla plazma işlemi, yüzeyin kimyasal bileşimini değiştirebilir ve karşılık gelen yeni fonksiyonel grupları tanıtabilir: -NH2, -OH, -COOH, -SO3H, vb. Bu fonksiyonel gruplar, polietilen, polipropilen, polistiren ve politetrafloroetilen gibi tamamen inert substratları işlevselleştirilmiş malzemelere dönüştürebilir, yüzey polaritesini, ıslanabilirliğini, bağlanabilirliğini, reaktivitesini artırabilir, ve kullanım değerlerini büyük ölçüde artırıyor. Oksijen plazmasının aksine, flor içeren gazlarla düşük sıcaklıktaki plazma işlemi, substrat yüzeyine flor atomları katarak substrata hidrofobiklik kazandırabilir.
3) Polimerizasyon: Etilen ve stiren gibi birçok vinil monomer, başka herhangi bir katalizöre veya başlatıcıya ihtiyaç duymadan plazma koşulları altında iş parçalarının yüzeyinde polimerizasyona uğrayabilir. Metan, etan ve benzen gibi geleneksel koşullar altında polimerize edilemeyen maddeler bile plazma koşulları altında iş parçalarının yüzeyinde çapraz bağlanma polimerizasyonuna maruz kalabilir. Bu polimerize katman çok yoğun olabilir ve alt tabakaya güçlü bir şekilde bağlanabilir. Yabancı ülkelerde plastik bira şişeleri ve otomobil yakıt depoları, mikro sızıntıyı önlemek için plazma polimerizasyonu yoluyla bu kadar yoğun bir tabaka ile kaplanıyor. Plastikleştiriciler gibi toksik maddelerin plastikten insan dokularına yayılmasını önlemek için biyomedikal polimer malzemelerin yüzeyi de bu yoğun katmanla kaplanabilir. Optik bileşenlerin performansını arttırmak amacıyla, optik bileşenler genellikle plazma polimerizasyon önlemleri yoluyla yüzeyleri uygun bir optik film ile kaplanabilir.
4) Plazma kaynaklı aşılama:
İşlem, malzeme yüzeyinde vinil monomerlerin polimerizasyonunu tetikleyen plazma ön işlemi yoluyla polimer malzemelerin yüzeyinde aktif serbest radikallerin üretilmesini içerir. Plazma aynı zamanda şişelerin iç duvarları gibi bazı düzensiz yüzeylerde de aşılama reaksiyonlarına neden olabilir. Uygun aşılama monomerlerinin seçilmesi ve uygun aşılama reaksiyonu koşullarının kontrol edilmesiyle malzemenin hidrofilikliği veya su iticiliği, yapışma, korozyon direnci, aşınma direnci, iletkenlik, geçirgenlik seçiciliği ve biyouyumluluğu değiştirilebilir. Bu nedenle plazma aşılama son derece yenilikçidir ve büyük uygulama olanaklarına sahiptir.
