Maddenin dördüncü halini tanıtıyoruz
Günlük yaşamımızda sürekli maddenin olağan üç haliyle karşılaşırız: katı, sıvı ve gaz. Ancak evrenimizdeki görünür maddenin %99'u plazmadan oluşmasına rağmen plazma pek bilinmez. Plazmanın yapay olarak üretilebildiği ve birçok farklı kullanımı olduğu ise daha da az bilinir. Bu çok yönlü uygulamanın ör. yapıştırma, boyama, baskı veya kaplama gibi sonraki süreçler için malzeme temizleme ve yüzey ön işlemi alanındaki potansiyeli, bu uygulamayı otomotiv mühendisliği, e-mobilite, taşımacılık, elektronik üretimi, ambalaj teknolojileri, tüketici malları, yaşam bilimleri, tekstil ve yeni enerji biçimleri de dahil birçok endüstride ve süreçlerinde vazgeçilmez hale getirdi.
Bu sayfadaki konular:
Plazma tam olarak nedir? Yüzeylerde plazma Plazmanın özellikleri
Yüzeylerin modifikasyonu Endüstriyel plazma ön işlem Daha fazlası
Plazma tam olarak nedir?
Maddenin hali, maddelerin sıcaklığa ve basınca bağlı olarak sahip oldukları nitel bir haldir. Sıcaklık arttıkça atomların arasındaki bağlar daha kararsız hale gelir. Bir madde birinci halden ikinciye ve ardından üçüncü hale geçebilir: katılar sıvılaşır ve sıvılar gazlaşır. Eğer bir gaz daha fazla enerji alırsa elektronlarını salar ve iyonlaşmış hale gelir. Plazma iyonlar, serbest elektronlar, uyarılmış moleküller, radikaller ve molekül parçaları içeren iyonlaşmış gazdır. Plazmayı evrenin her yerinde bulabilirsiniz.
Görünür maddenin neredeyse tamamı plazmadan meydana gelir: güneş, gaz bulutları, yıldızlar ve galaksiler. Dünya'nın atmosferinde bulunan ve güneş rüzgarlarının plazmasıyla uyarılan hava molekülleri yeşil, mavi, kırmızı ve mor renklerde parladığında plazmayı doğada kuzey ışıkları şeklinde gözlemleyebiliriz. Kıvılcımlarda, yıldırımda ve alevlerde de plazma vardır. Silindir veya boru biçimli odalarda güçlü gaz boşalımlarıyla laboratuvarda yapay olarak da üretilebilmektedir. Bu boşalımlar, tüm maddeleri buharlaştıran yüksek sıcaklıklara neden olur, nötr atomları ve molekülleri iyonlaştırarak iyonlar ve serbest elektronlar oluşturur.
Yüzeylerde plazma: sayısız yeni özellik
Plazma, özelliklerinden biri de yüksek elektrik iletkenliği olan, yüksek ve kararsız enerji seviyelerine sahip maddedir. Kimyasal olarak plazma çok reaktiftir ve yüzeylerle, sıvılarla ya da mikroorganizmalarla etkileşime geçebilir. Plastik, cam veya metal gibi katı malzemelerle temas ettiğinde yüzey enerjisini değiştirerek ör. hidrofob iken hidrofil hale getirir. Bu nedenle ör. yüzeylerin yapışkanlığı ve ıslanabilirliği gibi önemli yüzey özellikleri değişir. Böylece sanayide tamamen yeni (ve hatta apolar) malzemeler, çevre dostu, çözücü içermeyen (VOC içermeyen) boyalar ve yapıştırıcılar kullanılabilir. Günümüzde birçok kimyasal yüzey işlemi prosesinin yerini plazma işlemi alabilir: Plazma teknolojisi ile yüzeyler herhangi bir çözücü (VOC) veya CO2 emisyonu olmaksızın çevre dostu bir şekilde önceden işlenebilmektedir. Plazma teknolojisi kullanıldığında kimyasallara, astarlara veya adhezyon artırıcılara gerek kalmaz.
Plazmaların özellikleri nelerdir?
Plazmanın özelliklerini karakterize eden ölçü büyüklükleri elektron sıcaklığı ile mor ötesi ve gözle görülebilir alanda uyarılan çeşitli türlerin yaydıkları emisyonlardır.
Ancak yüksek elektron sıcaklığı ve düşük iyon sıcaklığı sayesinde ısıl hassasiyeti çok yüksek plastikler bile zarar görmeden atmosfer basıncı altında ön işlemden geçebilmektedir.
Rahatlayan* bir plazmanın ışıma görüntüleri (optik emisyonlar) optik emisyon spektroskopisi (OES) yöntemiyle tespit edilebilir. Bunun için plazma içinde uyarılan türlerin özgül emisyon aralıkları ışık spektrumunun gözle görülebilir ve özellikle de mor ötesi kısmında bir optik iletken üzerinden elektronik değerlendirme ünitesine aktarılır ve ardından özel bir yazılımla işlenmeye devam edilir. Plazma işleme sistemlerinin süreç izleme bileşenleri bu optik kontrol ilkesine göre çalışırlar. Bu, plazma sürecinin tamamında değişmeyen bir kalite olmasını sağlar.
* rahatlayan: Plazmanın temel konumuna geçişi. Bu sırada daha önce ışık biçiminde verilmiş olan uyarım enerjisi ortama geri salınır.
Plazma yüzeylerle buluştuğunda yeni özellikler ortaya çıkar
Plazma yüksek ve kararsız enerji seviyesinde maddedir ve ayırt edici özelliklerinden biri de çok yüksek elektrik iletkenliğidir. Plazma kimyasal olarak çok reaktiftir ve yüzeylerle, sıvılarla ya da mikroorganizmalarla etkileşime geçebilir. Plastik veya metal gibi katı malzemelerle temas ettiğinde uygulanan plazma enerjisi bu yüzeylerin ör. yüzey enerjisi gibi önemli özelliklerini değiştirir.
Yüzeylerdeki bu modifikasyon belirli bir hedefe yönelik bir şekilde kullanılabilir:
Metali ve camı hassas temizleme: Plazma metale veya cama isabet ettiğinde hassas temizlemeye neden olur. Çok hassas yüzeyler bile istenmeyen maddelerden tamamen arındırılabilir. Plazma ile hassas temizleme, işlenen substrattaki en küçük toz parçacıklarını bile temizler. Nano düzeydeki kimyasal-fiziksel tepkime sayesinde sonraki süreçler için en iyi ön koşullara sahip, yüksek kaliteli ve hassas bir şekilde tanımlanmış yüzeyler elde edilir. Yapıştırma, kaplama, vernikleme veya baskı öncesinde yüzeylerin hassas temizlenmesi daha sonra çözücü içermeyen veya su bazlı modern sistemlerin kullanılmasına olanak sağlar. Kimyasal astarlar veya ör. fırçalama gibi mekanik süreçlerle ek ön işleme hiç gerek kalmaz. Bu da üretim sırasında VOC (volatile organic compounds: uçucu organik bileşikler) emisyonlarından kaçınılabileceği anlamına gelir. Atmosferik plazma ile temizlik ayrıca kuru bir süreçtir. Bu durum, sanayideki süreçlerde tüm malzemelerin derhal işlenebilmesi gibi çok büyük bir avantaj sunar ve böylelikle zamandan muazzam bir tasarruf sağlar.
Plastiklerin aktive edilmiş yüzeyine ve daha iyi ıslanabilirliğine örnek: Plazma ön işlem, malzeme yüzeylerinin özelliklerini çok çeşitli plastiklerle temas ettiklerinde de değiştirebilir: Plazmaya temas ettirilerek çoğunlukla apolar olan plastiklerin yüzeylerine oksijen ve azot içeren gruplar katılır. Bu gruplar yüzey enerjisini önemli ölçüde artırır ve aktivasyon olarak adlandırılan bir süreç gerçekleşir. Bu, substratın ıslanabilirliğinin büyük ölçüde artmasını ve böylelikle adhezyonun artmasını sağlar. Yapıştırıcılar, boyalar veya cilalar bu nedenle ör. alev uygulaması veya çevreye zararlı kimyasalların kullanımı gibi geleneksel ön işleme gerek kalmadan önceden işlenmiş yüzeye çok daha iyi ve dayanıklı bir şekilde yapışır.
