بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ما از جت پلاسمای سرد فشار اتمسفری به منظور ایجاد سطوح آبگریز بر روی زیر لایههای پارچه کتان و سیلیکون استفاده کردیم. جهت شناخت تاثیر پلاسما بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سطح، از اندازهگیری تغییرات زاویهی تماس با سطح استفاده شد. برای نمونهی پارچه کتان وابستگی زاویهی تماس بر حسب زمان لایه نشانی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین جهت بررسی اثر ماندگاری پلاسما بر روی سطح پارچه کتان، وابستگی زاویهی تماس بر حسب زمان برای سطح پردازش شده توسط پلاسما مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت به منظور بررسی گروههای عاملی ایجاد شده بر روی سطح از آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز استفاده شد.
.1 مقدمه
پلاسما عبارت است از مجموعهای از ذرات باردار شامل فوتون, الکترون, یون و گونههای خنثی که دارای رفتار جمعی هستند. پلاسما نقش مهمی را در زندگی روزانه و در بسیاری از تکنولوژیها ایفا میکند، که از مهمترین آنها میتوان به استفاده از آن به عنوان منبع نور اشاره کرد. به طور کلی از نقطه نظر محتوای انرژی پلاسما به دو نوع پلاسمای حرارتی و غیرحرارتی تقسیم شود. پلاسمای غیرحرارتی بر خلاف پلاسمای حرارتی در تعادل گرمایی نمیباشد، در نتیجه نمیتواند توسط یک دما بیان شود.
در اغلب موارد دمای گونههای خنثی و یونهای باردار سنگین نسبت به الکترونها بسیار کمتر است، که این باعث میشود دمای کلی پلاسما در نزدیکی دمای محیط باقی بماند. این ویژگی دمایی، پلاسما غیرحرارتی را به یک روش کار آمد در پردازش سطوح بویژه سطوح حساس به حرارت مانند پلیمرها و بافتهای بیولوژیکی تبدیل کرده است. برخی از کاربردهای مهم پلاسمای غیرحرارتی، استفاده در فرایندهایی مانند حکاکی پلاسما و فرایندهای اصلاح سطح میباشد.[1]
روشهای مختلفی برای پردازش سطح مواد مختلف مانند پردازش شیمیایی، پاشش قوسی، ذوب لیزری و پردازش غیرحرارتی پلاسمایی وجود دارد. در میان آنها پردازش غیرحرارتی پلاسمایی بویژه پلاسمای فشار اتمسفری به دلیل سادگی، عملکرد آسان، مسائل زیست محیطی و همچنین انرژی کم مورد نیاز به صورت گسترده مورد استفاده قرار میگیرد. [2] پردازش پلاسمایی سطح، شامل برهمکنش گونههای فعال و واکنش پذیر تولید شده در محیط پلاسما با سطح میباشد، که منجر به اصلاح سطح و تغییر در ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی لایههای سطحی مواد و همچنین بهبود خصوصیات سطح آن شده و سازگاری بیشتر سطح با محیط پیرامون و ارائهی عملکرد بهتر سطح را در پی خواهد داشت.[3]
از جمله کاربردهای پردازش سطح بوسیله پلاسما ایجاد سطوح آبگریز و فوق ابگریز می باشد. ایجاد خاصیت دفع آب یک تکنیک بسیار گسترده میباشد، که توسط بسیاری از صنایع همچون الکترونیک، پزشکی، لوازم ورزشی و غیره مورد استفاده قرار میگیرد. پژوهشگران سعی دارند تا با کاهش زاویهی تماس قطره با سطح و مدور شدن قطره بر روی سطح باعث خارج شدن آرام قطره از روی سطح و در انتها عدم تغییر در لایه های زیرین سطح شوند. برای ایجاد خاصیت ضد آب و روغن سه گروه اصلی ترکیبات شیمیایی شامل هیدروکربنها، سیلیکونها و فلوئوروکربنها مورد استفاده قرار میگیرند. این مواد میتوانند بصورت منفرد و یا توامان مورد استفاده قرار بگیرند. هیدروکربنها و سیلیکونها تنها برای ایجا خاصیت ضد آب مورد استفاده قرار میگیرند در حالی که اگر خاصیت ضد روغن نیز مد نظر باشد، از فلوئوروکربنها بهره گرفته میشود[4]
.2 روش آزمایش
در این پژوهش از جت پلاسمای سرد فشار اتمسفری به منظور ایجاد سطوح آبگریز استفاده شده است. ساختار برای تولید جت پلاسمای سرد متشکل از یک لولهی دیالکتریک شیشهای از جنس کوارتز میباشد، که بوسیلهی دو الکترود رینگ مسی به عنوان الکترودهای داخلی و خارجی پوشانده شده است. این الکترودها به عنوان الکترود توان به منبع تغذیهی ولتاژ بالا متصل شدهاند. با اعمال یک ولتاژ قوی در محدودهی کیلوهرتز به این الکترودها یک جت پلاسمای سرد با طول چند سانتی متر تشکیل میشود. در این سیستم از پارچه کتان و سیلیکون به عنوان زیر لایه استفاده شده است. این زیرلایه در فاصلهی 1 سانتیمتری از ابتدای نازل دی الکتریک کوارتز قرار داده میشود. پردازش سطح بوسیله برخورد پلاسما با زیر لایه صورت میگیرد. شکل 1 تصویری از پلاسمای تولید شده برای پردازش سطح را نشان میدهد.
.3 بحث و نتیجه گیری
. در این بررسی از اندازهگیری زاویه تماس به منظور بررسی تغییر میزان آبگریزی زیر لایه استفاده شده است. همچنین به منظور بررسی گونههای ایجاد شده به وسیلهی پلاسما بر روی سطح از آنالیز تبدیل فوریه مادون قرمز2 استفاده است.
اندازهگیری زاویه تماس
به منظور بررسی تغییر ترشوندگی سطح از میکروسکوپ الکترونی Dino Lite Digital Microscope با بزرگنمایی 200 برابر استفاده شده است. همانطور که در شکل 2 نیز مشاهده میشود زاویهی تماس برای زیر لایه پارچه کتان پردازش نشده 70 درجه میباشد، که بعد پردازش به مدت 12 دقیقه بوسیلهی پلاسما تا مقدار 152 درجه افزایش مییابد، این نشان دهندهی آبگریز شدن سطح میباشد. همچنین مقدار زاویه تماس برای زیر لایه سیلیکون قبل از پردازش 30 درجه میباشد، که بعد از 12 دقیقه پردازش بوسیلهی پلاسما تا 110 درجه افزایش مییابد.
