✖


Jump to content

Плазменная очистка

Edit links
Рис. 1. Поверхность МЭМС- устройства очищается яркой синей кислородной плазмой в плазменном травителе для избавления от углеродных примесей. (100 мТорр, 50 Вт РЧ)

Плазменная очистка — это удаление примесей и загрязнений с поверхностей с помощью энергетической плазмы или плазмы диэлектрического барьерного разряда (DBD), созданной из газообразных частиц. такие газы, как аргон и кислород Используются , а также такие смеси, как воздух и водород/азот. Плазма создается с помощью высокочастотных напряжений (обычно от кГц до > МГц) для ионизации газа низкого давления (обычно около 1/1000 атмосферного давления), хотя сейчас также распространена плазма атмосферного давления. [1]

Методы

[ редактировать ]

В плазме атомы газа переходят в более высокие энергетические состояния, а также ионизируются. Когда атомы и молекулы «расслабляются» до своего нормального состояния с более низкой энергией, они испускают фотон света, что приводит к характерному «свечению» или свету, связанному с плазмой. Разные газы дают разные цвета. Например, кислородная плазма излучает светло-голубой цвет.

Активированные виды плазмы включают атомы , молекулы , ионы , электроны , свободные радикалы , метастабильные вещества и фотоны в коротковолновом ультрафиолетовом диапазоне (вакуумный УФ или сокращенно ВУФ). Эта смесь затем взаимодействует с любой поверхностью, помещенной в плазму.

Если в качестве газа используется кислород, то плазма является эффективным, экономичным и экологически безопасным методом критической очистки. Энергия ВУФ очень эффективна для разрыва большинства органических связей (т.е. C–H, C–C, C=C, C–O и C–N) поверхностных загрязнений. Это помогает расщеплять высокомолекулярные загрязнения. Второе очищающее действие осуществляется формами кислорода, образующимися в плазме (O 2 + , О 2 − , Ой 3 , Ой, Ой + , − , ионизированный озон, метастабильный возбужденный кислород и свободные электроны). [2] Эти виды реагируют с органическими загрязнителями с образованием H 2 O, CO, CO 2 и углеводородов с более низкой молекулярной массой. Эти соединения имеют относительно высокое давление пара и удаляются из камеры во время обработки. Полученная поверхность получается ультрачистой. На рис. 2 показано относительное содержание углерода по глубине материала до и после очистки возбужденным кислородом. [1] .

Рис. 2. Содержание углерода по глубине материала z: до обработки образца – алмазные точки и после обработки в течение 1 с. - квадратные точки

Если деталь состоит из легко окисляемых материалов, таких как серебро или медь, вместо этого при обработке используются инертные газы, такие как аргон или гелий. Активированные плазмой атомы и ионы ведут себя как молекулярная пескоструйная обработка и могут разрушать органические загрязнения. Эти загрязнения испаряются во время обработки и удаляются из камеры.

Большинство этих побочных продуктов представляют собой небольшие количества газов, таких как углекислый газ и водяной пар со следами угарного газа и других углеводородов.

Полно ли удаление органических веществ, можно оценить с помощью измерений угла контакта . При наличии органических загрязнений угол контакта воды с устройством велик. Удаление загрязнений уменьшает угол контакта до угла контакта с чистой подложкой. Кроме того, XPS и AFM часто используются для проверки применения очистки и стерилизации поверхностей. [3]

Если обрабатываемая поверхность покрыта узорчатым проводящим слоем (металл, ITO ), обработка прямым контактом с плазмой (способной образовывать микродуги) может оказаться разрушительной. В этом случае может быть применена очистка нейтральными атомами, возбужденными в плазме до метастабильного состояния. [4] Результаты тех же применений к поверхности образцов стекла, покрытых слоями Cr и ITO , показаны на рис. 3.

Рис. 3. Угол контакта капли воды объемом 5 мкл на стекле с покрытием из различных материалов.

После обработки контактный угол капли воды уменьшается и становится меньше его значения на необработанной поверхности. На рис. 4 показана кривая релаксации следа капли для образца стекла. Фотография той же капли на необработанной поверхности представлена ​​на вставке к рис. 4. Время релаксации поверхности, соответствующее данным, представленным на рис. 4, составляет около 4 часов.

Плазменное озоление — это процесс, в котором плазменная очистка используется исключительно для удаления углерода. Плазменное озоление всегда производится газом O 2 . [5]

Рис. 4. Зависимость площади поверхности капли воды объемом 5 мкл от поверхности стекла от времени t после ее обработки. Капля на необработанном стекле показана на вставке.

Приложения

[ редактировать ]
Рис. 5. Плазменная очистка металлической поверхности

Очистка и стерилизация

[ редактировать ]

Плазменная очистка удаляет органические загрязнения посредством химической реакции или физической абляции углеводородов на обработанных поверхностях. [3] Химически активные технологические газы (воздух, кислород) реагируют с монослоями углеводородов с образованием газообразных продуктов, которые уносятся непрерывным потоком газа в камере плазменной очистки. [6] Плазменную очистку можно использовать вместо влажных химических процессов, таких как травление пираньями, которые содержат опасные химические вещества, повышают опасность загрязнения реагентов и риск травления обработанных поверхностей. [6]

Науки о жизни

[ редактировать ]

Жизнеспособность, функция, пролиферация и дифференцировка клеток определяются адгезией к их микроокружению. [8] Плазма часто используется в качестве безхимического средства добавления биологически значимых функциональных групп (карбонила, карбоксила, гидроксила, амина и т. д.) к поверхностям материалов. [9] В результате плазменная очистка улучшает биосовместимость или биологическую активность материала и удаляет загрязняющие белки и микробы. Плазменные очистители — это универсальный инструмент в науках о жизни, используемый для активации поверхностей для клеточных культур . [10] тканевая инженерия , [11] имплантаты и многое другое.

  • Субстраты для тканевой инженерии [11]
  • Клеточная адгезия полиэтилентерефталата (ПЭТ) [10]
  • Улучшенная биосовместимость имплантатов: сосудистые трансплантаты, [12] Винты из нержавеющей стали [13]
  • Исследования долгосрочного заключения в клетках [14]
  • Плазменная литография для нанесения рисунка на подложки клеточных культур [15]
  • Сортировка клеток по силе адгезии [16]
  • Удаление антибиотиков с помощью стальной стружки, активированной плазмой [17]
  • Секвенирование одной клетки [18]

Материаловедение

[ редактировать ]

Смачивание и модификация поверхности являются фундаментальным инструментом в материаловедении для улучшения характеристик материала без ущерба для объемных свойств. Плазменная очистка используется для изменения химического состава поверхности материала путем введения полярных функциональных групп. Повышенная гидрофильность поверхности (смачивание) после плазменной обработки улучшает адгезию с водными покрытиями, клеями, чернилами и эпоксидными смолами:

  • Повышенная термоэдс графеновых пленок [19]
  • Повышение работы выхода в полимерных полупроводниковых гетероструктурах [20]
  • Улучшенная адгезия волокон сверхвысокомодульного полиэтилена (Spectra) и арамидных волокон. [21]
  • Плазменная литография для наноразмерных поверхностных структур и квантовых точек [22]
  • Микропаттернирование тонких пленок [23]

Микрофлюидика

[ редактировать ]

Уникальные характеристики потока микро- или наноразмерной жидкости используются микрофлюидными устройствами для широкого спектра исследовательских приложений. Наиболее широко используемым материалом для прототипирования микрофлюидных устройств является полидиметилсилоксан (ПДМС) из-за его быстрого развития и регулируемых свойств материала. Плазменная очистка используется для постоянного соединения микрофлюидных чипов PDMS со стеклянными предметными стеклами или пластинами PDMS для создания водонепроницаемых микроканалов. [24]

  • Сепарация плазмы крови [25]
  • Секвенирование одноклеточной РНК [18]
  • Электроосмотические клапаны потока [26]
  • Формирование смачиваемости в микрофлюидных устройствах [27]
  • Долгосрочное сохранение гидрофильности микрофлюидных устройств [28]
  • Улучшенная адгезия к поли (пропилену) [29]

Солнечные элементы и фотоэлектрика

[ редактировать ]

Плазма использовалась для повышения производительности солнечных элементов и преобразования энергии в фотоэлектрических устройствах:

  • Уменьшение оксида молибдена (MoO 3 ) увеличивает плотность тока короткого замыкания. [30]
  • Модифицируйте нанолисты TiO 2 для улучшения выработки водорода. [31]
  • Повышенная проводимость PEDOT:PSS для повышения эффективности перовскитных солнечных элементов без ITO. [32]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Евгений В. Шунько и Вениамин В. Белкин (2007). «Очистительные свойства атомарного кислорода, возбужденного в метастабильное состояние 2s». 2 2р 4 ( 1 S 0 )". J. Appl. Phys . 102 (8): 083304–1–14. Bibcode : 2007JAP...102h3304S . doi : 10.1063/1.2794857 .
  2. ^ А. Пицци; КЛ Миттал (2003). Справочник по клеевой технологии, переработанный и расширенный (2, иллюстрированный, переработанный изд.). ЦРК Пресс . п. 1036. ИСБН  978-0824709860 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с Банерджи, КК; Кумар, С.; Бреммелл, Кентукки; Гриссер, HJ (01 ноября 2010 г.). «Очистка белковых загрязнений на молекулярном уровне с поверхностей моделей и материалов биомедицинских устройств методом воздушно-плазменной обработки». Журнал госпитальной инфекции . 76 (3): 234–242. дои : 10.1016/j.jhin.2010.07.001 . ISSN   0195-6701 . ПМИД   20850199 .
  4. ^ Евгений В. Шунько и Вениамин В. Белкин (2012). «Обработка поверхностей атомарным кислородом, возбужденным в плазме диэлектрического барьерного разряда O 2 с примесью N 2 » . Достижения АИП . 2 (2): 022157–24. Бибкод : 2012AIPA....2b2157S . дои : 10.1063/1.4732120 .
  5. ^ Основы лечения плазмой - http://www.plasmaetch.com/plasma-treatment-basics.php
  6. ^ Перейти обратно: а б с Райбер, Кевин; Терфорт, Андреас; Бенндорф, Карстен; Крингс, Норман; Штреблоу, Ханс-Хеннинг (5 декабря 2005 г.). «Удаление самоорганизующихся монослоев алкантиолатов на золоте плазменной очисткой». Поверхностная наука . 595 (1): 56–63. Бибкод : 2005SurSc.595...56R . дои : 10.1016/j.susc.2005.07.038 . ISSN   0039-6028 .
  7. ^ Сунь, Тонг; Бланшар, Пьер-Ив; Миркин, Михаил В. (21 апреля 2015 г.). «Очистка наноэлектродов воздушной плазмой». Аналитическая химия . 87 (8): 4092–4095. дои : 10.1021/acs.analchem.5b00488 . ISSN   0003-2700 . ПМИД   25839963 .
  8. ^ Халили, Амелия Ахмад; Ахмад, Мохд Ридзуан (5 августа 2015 г.). «Обзор исследований клеточной адгезии для биомедицинских и биологических применений» . Международный журнал молекулярных наук . 16 (8): 18149–18184. дои : 10.3390/ijms160818149 . ISSN   1422-0067 . ПМЦ   4581240 . ПМИД   26251901 .
  9. ^ Лерман, Макс Дж.; Лембонг, Жозефина; Мурамото, Шин; Гиллен, Грег; Фишер, Джон П. (октябрь 2018 г.). «Эволюция полистирола как материала для клеточных культур» . Тканевая инженерия. Часть Б, Обзоры . 24 (5): 359–372. дои : 10.1089/ten.TEB.2018.0056 . ISSN   1937-3376 . ПМК   6199621 . ПМИД   29631491 .
  10. ^ Перейти обратно: а б Пратт, Керри Дж.; Уильямс, Стюарт К.; Джаррелл, Брюс Э. (1989). «Усиленная адгезия эндотелиальных клеток взрослого человека к полиэтилентерефталату, модифицированному плазменным разрядом». Журнал исследований биомедицинских материалов . 23 (10): 1131–1147. дои : 10.1002/jbm.820231004 . ISSN   1097-4636 . ПМИД   2530233 .
  11. ^ Перейти обратно: а б Бердсли, Люк А.; Столвейк, Джудит; Халадж, Димитриус А.; Требак, Мохамед; Хэлман, Джастин; Торрехон, Карен Ю.; Ниамсири, Наттави; Бергквист, Магнус (август 2016 г.). «Жертвенный процесс изготовления биоразлагаемых полимерных мембран субмикронной толщины: ЖЕРТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН». Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть B: Прикладные биоматериалы . 104 (6): 1192–1201. дои : 10.1002/jbm.b.33464 . ПМИД   26079689 .
  12. ^ Валанс, Сарра де; Тилле, Жан-Кристоф; Шаабан, Шираз; Гурни, Роберт; Бошатон-Пиала, Мари-Люс; Уолпот, Бит Х.; Мёллер, Михаэль (1 сентября 2013 г.). «Плазменная обработка для улучшения клеточной биосовместимости биоразлагаемого полимерного каркаса для сосудистых трансплантатов». Европейский журнал фармацевтики и биофармацевтики . 85 (1): 78–86. дои : 10.1016/j.ejpb.2013.06.012 . ISSN   0939-6411 . ПМИД   23958319 .
  13. ^ Кумар, Сунил; Симпсон, Даррен; Смарт, Роджер Ст.К. (15 декабря 2007 г.). «Плазменная обработка для стимуляции биоактивности ортопедических винтов из нержавеющей стали». Технология поверхностей и покрытий . ICMCTF 2007. 202 (4): 1242–1246. doi : 10.1016/j.surfcoat.2007.07.075 . ISSN   0257-8972 .
  14. ^ Джанкин, Майкл; Вонг, Пак Кин (1 марта 2011 г.). «Изучение миграции клеток в замкнутых средах с помощью плазменной литографии» . Биоматериалы . 32 (7): 1848–1855. doi : 10.1016/j.bimaterials.2010.11.009 . ISSN   0142-9612 . ПМК   3023939 . ПМИД   21134692 .
  15. ^ Нам, Ки Хван; Джамильпур, Нима; Мфуму, Этьен; Ван, Фей-Юэ; Чжан, Донна Д.; Вонг, Пак Кин (7 ноября 2014 г.). «Изучение механорегуляции дифференцировки нейронов с помощью эластомерных субстратов с рисунком плазменной литографии» . Научные отчеты . 4 (1): 6965. Бибкод : 2014NatSR...4E6965N . дои : 10.1038/srep06965 . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   4223667 . ПМИД   25376886 .
  16. ^ Блэкстоун, Б.Н.; Уиллард, Джей-Джей; Ли, Швейцария; Нельсон, Монтана; Харт, RT; Ланнутти, Джей Джей; Пауэлл, Ее Величество (21 августа 2012 г.). «Плазменная модификация поверхности электроформованных волокон для сортировки раковых клеток на основе адгезии» . Интегративная биология . 4 (9): 1112–1121. дои : 10.1039/c2ib20025b . ПМИД   22832548 .
  17. ^ Тран, Ван Сон; Нго, Хуу Хао; Го, Вэньшань; Тон-Тат, Куонг; Ли, Цзяньсинь; Ли, Цзисян; Лю, И (01 декабря 2017 г.). «Удаление антибиотиков (сульфаметазин, тетрациклин и хлорамфеникол) из водного раствора с помощью стальной стружки, модифицированной сырой и азотной плазмой». Наука об общей окружающей среде . 601–602: 845–856. Бибкод : 2017ScTEn.601..845T . doi : 10.1016/j.scitotenv.2017.05.164 . hdl : 10453/114587 . ISSN   0048-9697 . ПМИД   28578242 .
  18. ^ Перейти обратно: а б Гиран, Тодд М.; Уодсворт, Марк Х.; Хьюз, Трэвис К.; Брайсон, Брайан Д.; Батлер, Эндрю; Сатиджа, Рахул; Фортуна, Сара; С любовью, Дж. Кристофер; Шалек, Алекс К. (апрель 2017 г.). «Seq-Well: портативное и недорогое секвенирование РНК отдельных клеток с высокой производительностью» . Природные методы . 14 (4): 395–398. дои : 10.1038/nmeth.4179 . hdl : 1721.1/113430 . ISSN   1548-7105 . ПМЦ   5376227 . ПМИД   28192419 .
  19. ^ Сяо, Ни; Донг, Сяочэнь; Сун, Ли; Лю, Дайонг; Тай, Йиян; У, Шиксин; Ли, Лэйн-Джонг; Чжао, Ян; Ю, Тинг; Чжан, Хуа; Хуан, Вэй (26 апреля 2011 г.). «Повышение термоэдс графеновых пленок при кислородно-плазменной обработке». АСУ Нано . 5 (4): 2749–2755. дои : 10.1021/nn2001849 . hdl : 10220/7452 . ISSN   1936-0851 . ПМИД   21417404 .
  20. ^ Браун, Томас М.; Лацзерини, Дж. Маттиа; Пэрротт, Лиза Дж.; Бодрожич, В.; Бюрги, Лукас; Качиалли, Франко (01 апреля 2011 г.). «Временная зависимость и вмороженность улучшения работы выхода электрода, вызванного кислородной плазмой, в полимерных полупроводниковых гетероструктурах». Органическая электроника . 12 (4): 623–633. дои : 10.1016/j.orgel.2011.01.015 . ISSN   1566-1199 .
  21. ^ Биро, Дэвид А.; Плейзье, Джеральд; Десланд, Ив (1993). «Применение техники микробондов. IV. Улучшение адгезии волокна к матрице за счет высокочастотной плазменной обработки органических волокон». Журнал прикладной науки о полимерах . 47 (5): 883–894. дои : 10.1002/app.1993.070470516 . ISSN   1097-4628 .
  22. ^ Джанкин, Майкл; Уотсон, Дженнифер; Гест, Джонатан П. Ванде; Вонг, Пак Кин (2009). «Самосборка коллоидных квантовых точек по шаблону с использованием плазменной литографии». Продвинутые материалы . 21 (12): 1247–1251. дои : 10.1002/adma.200802122 . ISSN   1521-4095 . S2CID   19900235 .
  23. ^ Ким, Хеджин; Юн, Бокён; Сун, Джин Ву; Чхве, Дэ-Гын; Пак, Чолмин (15 июля 2008 г.). «Микроструктурирование тонких пленок P3HT с помощью плазменной термотрансферной печати». Журнал химии материалов . 18 (29): 3489–3495. дои : 10.1039/B807285J . ISSN   1364-5501 .
  24. ^ Чен, Чэн-фу (3 июня 2018 г.). «Характеристика энергии разрушения и прочности соединения ПДМС-ПДМС с воздушной плазмой методом Т-пилинга». Журнал адгезионной науки и техники . 32 (11): 1239–1252. дои : 10.1080/01694243.2017.1406877 . ISSN   0169-4243 . S2CID   139954334 .
  25. ^ Рафи, Мехди; Чжан, Цзюнь; Асадния, Мохсен; Ли, Вэйхуа; Варкиани, Маджид Эбрахими (19 июля 2016 г.). «Мультиплексирование наклонных спиральных микроканалов для сверхбыстрого разделения плазмы крови». Лаборатория на чипе . 16 (15): 2791–2802. дои : 10.1039/C6LC00713A . ISSN   1473-0189 . ПМИД   27377196 .
  26. ^ Мартин, Ина Т.; Дрессен, Брайан; Боггс, Марк; Лю, Ян; Генри, Чарльз С.; Фишер, Эллен Р. (2007). «Плазменная модификация микрофлюидных устройств ПДМС для управления электроосмотическим потоком». Плазменные процессы и полимеры . 4 (4): 414–424. дои : 10.1002/ppap.200600197 . ISSN   1612-8869 .
  27. ^ Ким, Сэмюэл С.; Сукович, Дэвид Дж.; Абате, Адам Р. (14 июля 2015 г.). «Определение смачиваемости микрофлюидных устройств с помощью пространственно-контролируемого плазменного окисления» . Лаборатория на чипе . 15 (15): 3163–3169. дои : 10.1039/C5LC00626K . ISSN   1473-0189 . ПМК   5531047 . ПМИД   26105774 .
  28. ^ Чжао, Ли Хун; Ли, Дженнифер; Сен, Пабитра Н. (1 июля 2012 г.). «Долгосрочное сохранение гидрофильных свойств обработанных плазмой поверхностей полидиметилсилоксана (ПДМС), хранящихся под водой и бульоном Лурии-Бертани». Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . 181 : 33–42. дои : 10.1016/j.sna.2012.04.038 . ISSN   0924-4247 .
  29. ^ Бхат, Невада; Упадхьяй, диджей (24 октября 2002 г.). «Плазменная модификация поверхности и улучшение адгезии поверхности полипропилена» . Журнал прикладной науки о полимерах . 86 (4): 925–936. дои : 10.1002/app.11024 . ISSN   0021-8995 .
  30. ^ Сунь, Джен-Ю; Ценг, Вэй-Сюань; Лан, Шианг; Линь, Шан-Хонг; Ян, По-Чинг; Ву, Чи-И; Линь, Чинг-Фу (01 февраля 2013 г.). «Повышение производительности инвертированных полимерных фотоэлектрических элементов с использованием MoOX, обработанного в растворе, и воздушно-плазменной обработки для модификации анода». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 109 : 178–184. дои : 10.1016/j.solmat.2012.10.026 . ISSN   0927-0248 .
  31. ^ Яньцинь ; Чжу, Шэнли; Конг, Сянчэнь, Цуй, Чжэндуо; Лян , . 230 : 11–17 .дои ​ : 10.1016 . ISSN   0926-3373 ​ /   j.apcatb.2018.02.019 ​
  32. ^ Ваагенсмит, Бьёрн; Реза, Хан Мамун; Хасан, доктор медицинских наук Назмул; Элбохи, Хайтем; Адхикари, Нирмал; Дубей, Ашиш; Кантак, Ник; Гамл, Эман; Цяо, Цицюань (18 октября 2017 г.). «Экологически чистый PEDOT:PSS, обработанный плазмой, в качестве электродов для перовскитных солнечных элементов, не содержащих ITO». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 9 (41): 35861–35870. дои : 10.1021/acsami.7b10987 . ISSN   1944-8244 . ПМИД   28901734 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Plasma_cleaning&oldid=1183925525"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: adb6da746793f99331a50aa372d14c79__1699337820
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ad/79/adb6da746793f99331a50aa372d14c79.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Plasma cleaning - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)