Nízkotlaká plazma

Schéma nízkotlakého plazmového systému
Schéma nízkotlakého plazmového systému

Plazmy s nízkým tlakem je plazma , ve kterém je tlak podstatně nižší, než je atmosférický zemské tlaku . Nízkotlaká plazma jsou netermální plazma .

Typická technická nízkotlaká plazma jsou provozována v tlakovém rozmezí několika Pascalů , tj. Při tlacích, které jsou o 10 000 faktorů nižší než normální tlak vzduchu. Pro nízkotlaká plazma je typická střední volná dráha elektronů, která je větší než Debyeova délka .

Přirozený výskyt

Nízkotlaká plazma se vyskytují ve vesmíru v zářících plynových mlhovinách. Aurora borealis lze nazvat nízkotlaká plazma.

Technické aplikace

Nízkotlaká plazma jsou nepostradatelnými prostředky při výrobě mikroelektronických komponent (například plazmovým leptáním nebo rozprašováním ).

Nízkotlaká plazma se dále používají pro velké množství potahovacích prací. Příklady:

  • Průmysl spotřebního zboží: aplikátor lesku na rty, hračky pro děti, košíky na příbory, sluchadla, pera, zubní kartáčky
  • Lékařská technologie: katétry, Petriho misky, pipetovací špičky, stenty, zubní implantáty
  • Textilní průmysl: příze, tkaniny, podrážky obuvi
  • Hodinářský a klenotnický průmysl: ciferník, drahokam
  • Optika: brýle , čočky , nitrooční čočky
  • Automobilová technologie: světlomety , zrcátka , volant
  • Nástroje: Vytvrzené povrchy
  • Obalový průmysl: fólie
  • Technologie nápojů: vnitřní potah PET lahví oxidem křemičitým nebo oxidem titaničitým .
  • Plazmatické léky: Sterilizace lékařských nástrojů, zejména zařízení citlivých na teplo a vlhkost, jako jsou endoskopy
  • Elektrotechnika: amorfní křemíkové solární články , obrazovky s tenkovrstvými tranzistory , piezoelektrické prvky

Další aplikací nízkotlakých plazmat je zušlechťování povrchů. Například pokud je oxid zirkoničitý ( keramický materiál) vystaven metanové plazmě, jsou atomy kyslíku nahrazeny uhlíkem do hloubky několika mikrometrů. Výsledný karbid zirkonia má stříbřitý lesk a je stejně odolný proti poškrábání jako bílý oxid zirkoničitý.

Během leptání PTFE plazmou se materiál odstraňuje z povrchu pomocí vodíkové plazmy. Zpracování probíhá za určitého tlaku ve vakuové komoře, kde je plynný vodík elektricky excitován. PTFE se přeměňuje z pevného na agregovaný plynný stav na povrchu a lze jej tak snadno odsávat vakuovou pumpou. Po zpracování plazmou lze dříve inertní PTFE lepit, přetvarovat, natřít nebo potisknout. Plazmový proces nahrazuje mokré chemické leptání fluoropolymerů.

Charakteristické vlastnosti

V případě nízkotlakých plazmat je kvůli nízkému tlaku typická střední volná cesta tak velká, že kolizní procesy jsou „vzácné“. V souladu s tím nejsou různé typy částic (těžké částice, elektrony ) v tepelné rovnováze, tj. H. mají různé teploty.

V technických nízkotlakých plazmech se teploty elektronů několika elektronvoltů (několik 10 000 K) dosahují selektivním zahříváním elektronů , zatímco teplota neutrálního plynu je mírně nad teplotou místnosti. To znamená, že tepelně citlivé materiály, jako jsou plasty, lze také zpracovat pomocí nízkotlakého plazmatu.

V technologicky využitelných vlastnostech hrají hlavní roli vrstvy plazmatu , tj. Přechodová oblast z plazmy ke stěně nebo k materiálu.

Návrh

Buzení nízkotlakého plazmatu lze realizovat s různými frekvencemi. V závislosti na aplikaci a problému se používá jiný návrh. Nejběžnější frekvence jsou: 40–100 kHz ( buzení dlouhými vlnami ), 13,56 MHz ( buzení krátkými vlnami , pásmo RFID ) a 2,45 GHz ( buzení mikrovlnami , pásmo WLAN ). Obvykle se používá frekvence z jednoho z obecně přidělených pásem ISM nebo SRD , protože jinak je pro správu kmitočtu vyžadována samostatná alokace nebo licence .

Viz také

literatura

  • Gerhard Franz: Povrchová technologie s nízkotlakými plazmy. Povlakování a strukturování v mikrotechnologii . 2., kompletně přepracován. Springer, Berlín a. A. 1994, ISBN 3-540-57360-7 .
  • Michael A. Lieberman a Allan J. Lichtenberg: Principy plazmatických výbojů a zpracování materiálů . Wiley, New York a kol. A. 1994, ISBN 0-471-00577-0 .
  • Alfred Grill: Studená plazma ve výrobě materiálů. Od základů k aplikacím . IEEE Press, New York 1994, ISBN 0-7803-4714-5 .

webové odkazy