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El asombroso poder del plasma de oxígeno: ¿Por qué es tan eficaz para descomponer la materia orgánica?
La tecnología de plasma de oxígeno se está convirtiendo rápidamente en una herramienta importante para limpiar y eliminar la materia orgánica de las superficies. Esta tecnología no sólo es eficiente, sino también respetuosa con el medio ambiente. Cada vez más industrias comienzan a adoptarla para mejorar la limpieza de los productos y su posterior uso.
El uso de plasma de oxígeno hace que la eliminación de materia orgánica sea económica y eficaz.
La limpieza por plasma es una tecnología que elimina contaminantes mediante plasma de alta energía cinética o descarga de barrera dieléctrica (DBD). Este proceso generalmente utiliza gases como argón, oxígeno o sus mezclas. El principio básico de esta tecnología de limpieza es ionizar gases de baja presión (normalmente menos de una milésima parte de una atmósfera) a través de voltajes de alta frecuencia (normalmente en el rango de kHz a MHz), aunque hoy en día también se utilizan cada vez más plasmas a presión atmosférica completa. .
En el estado de plasma, los átomos del gas adquieren un estado de mayor energía y se ionizan. Cuando estos átomos y moléculas vuelven a su estado normal, liberan fotones, que es lo que conocemos como el "resplandor" del plasma. Diferentes gases pueden producir diferentes colores; por ejemplo, el plasma de oxígeno produce un brillo azulado. Además, las especies activas en el plasma incluyen átomos, moléculas, iones, radicales libres, etc., y estas especies interactuarán con cualquier superficie del plasma.
Esta técnica es muy eficaz y económica para limpiezas críticas si el gas utilizado es oxígeno.
El plasma de oxígeno puede romper eficazmente los enlaces químicos de la materia orgánica (como C – H, C – C, C = C, C – O y C – N), descomponiendo así los contaminantes de alto peso molecular. Las especies reactivas de oxígeno (como O2+, O2−, O3, O, O+, O−, etc.) en el plasma de oxígeno reaccionan con contaminantes orgánicos para generar agua (H2O), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) y baja hidrocarburo de peso molecular. Estos subproductos se descargan eficazmente durante el proceso de tratamiento, lo que garantiza que la superficie tratada alcance resultados ultralimpios.
En algunos casos, se utiliza un gas inerte (como argón o helio) si la pieza a procesar está compuesta de materiales susceptibles a la oxidación (como plata o cobre). Estas especies reactivas de oxígeno actúan como pequeños chorros de arena, descomponiendo los contaminantes orgánicos y evaporándose en el proceso. La mayoría de los subproductos que escapan son pequeñas cantidades de gases como dióxido de carbono y vapor de agua, así como cantidades más pequeñas de monóxido de carbono y otros. Hidrocarburos.
El éxito de esta técnica suele evaluarse en términos del ángulo de contacto. Cuando hay contaminantes orgánicos, el ángulo de contacto de la gota de agua con el material es alto, y cuando se elimina el contaminante, el ángulo de contacto se reduce a un valor característico del contacto con un sustrato puro. Las tecnologías utilizadas para analizar la limpieza de superficies también incluyen XPS (espectroscopia fotoelectrónica de rayos X) y AFM (microscopía de fuerza atómica), que ayudan a garantizar una limpieza y esterilización exitosas.
La limpieza con plasma se está convirtiendo rápidamente en una herramienta importante en los campos de las ciencias biológicas, las ciencias de los materiales y la energía.
La limpieza con plasma también desempeña un papel vital en la biomedicina y la ciencia de materiales. En las ciencias biológicas, la viabilidad, función y proliferación de una célula se ven afectadas por su microambiente. El plasma se utiliza a menudo como un medio libre de químicos para introducir grupos funcionales biológicamente relevantes (como carbonilo, carboxilo, hidroxilo, amina, etc.) en la superficie de los materiales. Esto no sólo mejora la biocompatibilidad o bioactividad del material, sino que también elimina eficazmente proteínas y microorganismos contaminantes. Por tanto, la limpieza con plasma se ha convertido en una herramienta indispensable en campos como el cultivo celular, la ingeniería de tejidos y los implantes.
En la ciencia de los materiales, la humectabilidad y modificación de la superficie son métodos importantes para mejorar el rendimiento del material sin afectar las propiedades volumétricas del material. La limpieza con plasma se utiliza para cambiar la química de la superficie de los materiales, introducir grupos funcionales polares y mejorar la adhesión a revestimientos, adhesivos, tintas y resinas epoxi a base de agua. Además, la limpieza con plasma también se puede aplicar a dispositivos de microfluidos, que son únicos en la pequeña escala del medio ambiente y pueden utilizar eficazmente la tecnología de flujo de fluidos a micro o nanoescala.
Para las células solares y la tecnología fotovoltaica, la aplicación de la tecnología de plasma puede mejorar significativamente la eficiencia de conversión.
El plasma también se utiliza cada vez más para mejorar el rendimiento de las células solares y los dispositivos fotovoltaicos. Por ejemplo, reducir el óxido de molibdeno (MoO3) puede aumentar la densidad de corriente de cortocircuito, y modificar las nanohojas de dióxido de titanio (TiO2) puede mejorar la eficiencia de la generación de hidrógeno. La combinación perfecta de plasma activo para limpiar y mejorar superficies muestra un potencial infinito en una variedad de aplicaciones avanzadas que respaldan un futuro mejor.
Los datos y casos anteriores muestran que el plasma de oxígeno ha demostrado su excelente rendimiento y potencial en muchos campos. Sin embargo, ¿cómo afectará el potencial de desarrollo futuro de esta tecnología a nuestros métodos de producción y estilos de vida?
