پلیمریزاسیون پلاسما چیست؟

پلیمریزاسیون پلاسما یک فرایند خشک و بدون حلال است که از پلاسما کم فشار یا فشار اتمسفر برای رسوب فیلم های پلیمری نازک بر بسترهای جامد استفاده می کند.در این تکنیک، یک گاز پیشرونده – اغلب یک مونومر ارگانیک یا ترکیبی از گازهای ضخیم – به عنوان یک راکتور پلاسما معرفی می شود. این میدان الکتریکی گاز را یون می سازد، مخلوطی از الکترون ها، رادیکال ها و گونه های هیجان زده می تواند به عنوان یک لایه های چند لایه پلیمری به عنوان یک لایه میکرو متصل شود.

تفاوت اساسی بین پلیمریزاسیون پلاسما و پلیمریزاسیون معمولی مرطوب شیمیایی در مکانیسم واکنش قرار دارد. پلیمریزاسیون سنتی به رشد زنجیره ای یا واکنش های رشد گام در یک رسانه مایع متکی است که اغلب نیازمند تحریک کننده ها، کاتالیزورها و حلال ها است، به طور مخالف، از طریق یک ترکیب پیچیده، غیر خطی از گونه های مایع، ای و خنثی، حتی ترکیبات هیدرو کربن اشباع شده را به عنوان مسیرهای غیر سمی می رساند.

پارامترهای فرآیند کلیدی – ورودی، فشار، سرعت جریان گاز، دمای بستر و زمان رسوب – به مهندسان کنترل دقیق بر ترکیب شیمیایی، ضخامت و چگالی متقابل فیلم نتیجه می دهد. با تنظیم این متغیرها، می توان سطوح را با خواص مناسب ایجاد کرد: هیدروفوبیک یا هیدروفیلیک، عایق الکتریکی یا رسانا، بیوکار یا ابزار سفارشی سازی سطح پلیمر را برای مهندسی قوی پلاسما می سازد.

مزایای کلیدی پلیمریزاسیون پلاسما

پلیمریزاسیون پلاسما مزایای مختلفی را در مورد روش های سنتی پوشش مانند پوشش چرخشی، پوشش دی، رسوب بخار شیمیایی (CVD) یا پردازش سونار ارائه می دهد.این مزایا در سراسر عملکرد، تاثیر زیست محیطی و انعطاف پذیری فرآیند گسترش می یابد.

افزایش سطح Properties

ساختار شبکه سه بعدی فیلم های پلیمری پلاسما استحکام مکانیکی استثنایی، ثبات حرارتی و مقاومت شیمیایی را بر خلاف فیلم های پلیمری راه حل، لایه های پلاسما، هیدروژل یا پیوند طولانی مدت حل نمی شود و می تواند بدون توهم، مقاومت در برابر دمای بالا، علاوه بر این، توانایی ترکیب گروه های عملکردی - مانند amine، اکسی، هیدروکسی، یا پیوند طولانی مدت - و یا تقویت لایه های زیستی، برای بهبود لایه های زیست مولکولی و یا تقویت دوام پایدار.

مزایای زیست محیطی و عملیاتی

از آنجا که پلیمریزاسیون پلاسما یک فرایند خشک است، نیاز به حلال های آلی فرار را از بین می برد، کاهش زباله های خطرناک و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی سمی. بسیاری از سیستم های پلاسما صنعتی در فشارهای پایین عمل می کنند، مصرف مقادیر نسبتا کمی از گاز و انرژی پیش رو، این فرآیند همچنین می تواند در دمای اتاق انجام شود، و آن را برای بستر های حساس به حرارت مانند پلیمر ها، کاغذ یا مواد بیولوژیکی مناسب می کند.

دقت و قابلیت بازگشت

کنترل دیجیتال پارامترهای پلاسما اجازه می دهد تا ضخامت فیلم بسیار بازتولیدی و ترکیب از دسته به دسته. راکتورهای مدرن از کنترل جریان توده ای، تنظیم فشار خودکار و تشخیص های نوری زمان واقعی (به عنوان مثال، طیفوسکوپی نوری) برای حفظ شرایط سازگار استفاده کنند.این سطح کنترل برای برنامه های کاربردی در میکرو و دستگاه های پزشکی ضروری است، که در آن حتی پوشش نانو متر باید تحمل دقیق را برآورده کند.

عدم انعطاف پذیری

پلیمریزاسیون پلاسما تقریبا می تواند هر ماده جامد را پوشش دهد: فلزات، سرامیک، عینک، پلیمر، منسوجات و حتی اشیاء سه بعدی پیچیده، فاز پلاسما به شکاف ها و ساختارهای متخلخل نفوذ می کند، ایجاد یک پوشش یکنواخت بر سطوح نامنظم. این پوشش مطابقت دشوار است با روش های خط از دید مانند تبخیر حرارتی یا متخلخل.

پلیمریزاسیون پلاسما در مقابل روش های پوشش سنتی

برای درک کامل ارزش پلیمریزاسیون پلاسما، مفید است که آن را با تکنیک های اصلاح سطح جایگزین مقایسه کنید.

  • پوشش شیمیایی Wet: حلال های مورد نیاز، تولید زباله مایع، اغلب نیاز به پس از درمان در دمای بالا. پلیمریزاسیون پلاسما خشک و کم دما است.
  • رسوب بخار فیزیکی (PVD): فرایند پیش بینی؛ محدود به سطوح مسطح؛ خلاء بالا و مصرف انرژی بالا پلیمریزاسیون پلاسما پوشش های سازگار بر روی زمین های پیچیده فراهم می کند.
  • [FLT: 1 ] اغلب نیاز به درجه حرارت بالا (300-800 °C)، محدود کردن انتخاب بستر پلاسما-enhanced CVD (PECVD) یک تکنیک مرتبط است، اما پلیمریزاسیون پلاسما بر فیلم های پلیمری مانند به جای لایه های غیر آلی متمرکز است.
  • پیش از هیدرولیز و تراکم، می تواند آهسته باشد و کنترل ضخامت کمتر دقیق است.

در حالی که هر روش دارای طاقچه خود است، پلیمریزاسیون پلاسما هنگامی که یک پوشش نازک، یکنواخت، عملکردی ارگانیک بر روی یک بستر حساس به دما یا پیچیده هندسی مورد نیاز است، برتری می یابد.

برنامه های گسترده پلیمریزاسیون پلاسما

توانایی مهندسی شیمی سطح بدون تغییر خواص عمده در بسیاری از صنایع باز شده است.در زیر برخی از مناطق موثر نرم افزار با مثال های بتونی است.

تولید الکترونیک و نیمه هادی

فیلم های پلیمری پلاسما به عنوان لایه های دی الکتریک، پوشش های passivation و adhesion در مدارهای یکپارچه، نمایشگرهای پانل مسطح و الکترونیک انعطاف پذیر استفاده می شوند.به عنوان مثال، فیلم های پارویلین مانند پلاسما به عنوان موانع رطوبت برای دیودهای نور آلی (OLEDs)، گسترش عمر دستگاه، پلیمرهای هدایت کننده پلاسما، مانند پوشش ارگانیک یا ضد عفونی کننده استفاده می شوند.

تجهیزات زیست پزشکی و ایمپلنت ها

در زمینه پزشکی، بی طرفی بودن حیاتی است. پلیمریزاسیون پلاسما می تواند پوشش هایی را که باعث افزایش چسبندگی سلول (به عنوان مثال، سطوح غنی ازamine) یا جلوگیری از تشکیل بیوفیلم (به عنوان مثال، ضدعفونی کننده پلی اتیلن گلیکولی مانند پوشش) را ترویج دهد. Orthopedicsse پوشیده شده با کلیه پلیمری پلاسما تقویت شده است.

پوشش های حفاظتی و عملکردی

پوشش های پلاسما-deposited مقاومت در برابر خراشیدن، حفاظت از خوردگی و خواص ضد انگشت را فراهم می کند.برای مثال، چراغ های خودرو با لایه های اکسید سیلیکون پلیمری پلاسما پوشانده شده اند تا در برابر تخریب UV، ابزار برش از کربن سخت، الماس مانند کربن (DLC) که توسط رسوب پلاسما-ننسد تشکیل شده است، در صنعت بسته بندی، شفاف و سد اکسیژن و طولانی مدت عمر مواد غذایی و رطوبت مواد غذایی تشکیل شده است.

منسوجات و تغییرات فیبر

صنعت نساجی از پلیمریزاسیون پلاسما فشار اتمسفر برای انتقال آب، oleophobicity یا فعالیت ضد میکروبی برای پارچه بدون تاثیر بر احساس یا نفس کشیدن دست خود استفاده می کند. پوشش های پلاسما Fluoro کربنات می توانند به طور دائمی منسوجات را هیدروفوبیک کنند، در حالی که لایه های پلاسمای نانو ذرات نقره ای حاوی خواص ضد میکروبی هستند.این روند مداوم و قابل تنظیم است، مناسب برای تولید رول-پوست.

ماشین آلات و هوا

کامپوزیت های پلیمری سبک در هواپیما و وسایل نقلیه نیاز به درمان های سطحی برای بهبود چسبندگی و مقاومت رنگ به آب و هوا دارند. پلیمریزاسیون پلاسما یک لایه اول واکنش پذیر است که به طور مداوم به هر دو کامپوزیت و روکش بالا، کاهش پوشش ضدعفونی کننده برای بال ها و سنسورها نیز با استفاده از فیلم های هیدروفوبیک پلاسما توسعه یافته است.

انرژی و محیط زیست

سلول های سوخت و باتری از غشای الکترولیت پلیمری پلاسما و پوشش الکترود که حمل و نقل یون را افزایش می دهد و از مدارهای کوتاه جلوگیری می کند بهره مند می شوند. Photocatalytic برای تصفیه هوا می تواند با جاسازی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در یک ماتریس پلیمری پلاسما تولید شود. علاوه بر این، غشای اسمز معکوس پوشش های پلاسما را برای بهبود مقاومت و آب دریافت می کند.

روند های نوظهور و مسیرهای آینده

در حالی که پلیمریزاسیون پلاسما در بازارهای طاقچه ایجاد شده است، تحقیقات مداوم با هدف گسترش پذیرش آن است.سیستم های پلاسما فشار اتمسفر در حال تبدیل شدن به مقرون به صرفه تر و فشرده تر، امکان ادغام در فرآیندهای تولید خط است. - به رول-roll یک رسوب پلاسما اتمسفر در حال حاضر برای تکمیل منسوجات و انعطاف پذیر الکترونیکی استفاده می شود.

ترکیب پلیمریزاسیون پلاسما با نانوتکنولوژی امکان های بیشتری را باز می کند، به عنوان لایه های پلاسما-deposited می تواند به عنوان میزبان ماtrices برای نانوذرات، ایجاد پوشش کامپوزیت با خواص چند منظوره - آنتی باکتری، هدایت و یا خود شفا یادگیری ماشین نیز برای پیش بینی خواص فیلم از پارامترهای فرآیند، توسعه سریع استفاده می شود.

چالش ها باقی مانده است. پیچیدگی شیمی پلاسما باعث می شود که دستیابی به کنترل کامل هورمون شناسی، به ویژه برای فیلم های چند جزء، مقیاس از آزمایشگاه به تولید می تواند توسط میدان های پلاسما غیر دانشگاهی بر روی مناطق بزرگ مختل شود.

نتیجه گیری

پلیمریزاسیون پلاسما یک تکنیک مهندسی سطح متنوع و سازگار با محیط زیست است که پوشش های عملکردی را با دقت و سازگاری با دقت بی نظیر و بستر ارائه می دهد.توانایی آن برای تمیز کردن مرطوب کننده، چسبندگی، بی تحرکی، و خواص مانع آن را در الکترونیک، مراقبت های بهداشتی، منسوجات و پوشش های محافظ ضروری می کند، زیرا سیستم های فشار اتمسفر قوی تر و مقرون به صرفه تر می شوند، تکنیک آماده سازی مواد برای بهبود عملکرد عمده و یا سوخت های حرارتی برای مهندسان پلاسما و مواد افزودنی های کاربردی، ارائه می دهد.

برای مطالعه بیشتر، منابع معتبر مانند [FLT: 1 ] [ [ [ ] [ [ ] [ [FLT: ] [ [ ] ] [ ] [ ] [ ] ] [ ] [ ] [ ] ] [ ] ] [ ] ] [ ] ] [FLT ] [برنامه های کاربردی ] پلاسما ] در مورد استفاده از [F2 ] [F6 ] [2 ] [برنامه های کاربردی ] [ کاربردی ] [ کاربردی ] [و یا [[ [2 ] [ [ [ [ ] [2 ] [2 ] [ [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [2 ] [2 ] [ ] [ ] [ ] [ ] [2 ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]