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Lo straordinario potere del plasma di ossigeno: perché è così efficace nel decomporre la materia organica?
La tecnologia del plasma a ossigeno sta rapidamente diventando uno strumento importante per pulire e rimuovere la materia organica dalle superfici. Questa tecnologia non è solo efficiente, ma anche rispettosa dell'ambiente. Sempre più industrie stanno iniziando ad adottarla per migliorare la pulizia dei prodotti e il loro successivo utilizzo.
L'uso del plasma di ossigeno rende la rimozione della materia organica economica ed efficace.
La pulizia al plasma è una tecnologia che rimuove i contaminanti attraverso plasma ad alta energia cinetica o scarica con barriera dielettrica (DBD). Questo processo utilizza generalmente gas come argon, ossigeno o loro miscele. Il principio di base di questa tecnologia di pulizia è quello di ionizzare i gas a bassa pressione (di solito meno di un millesimo di atmosfera) attraverso tensioni ad alta frequenza (di solito nell'intervallo da kHz a MHz), sebbene oggi siano sempre più utilizzati anche plasmi a piena pressione atmosferica .
Nello stato di plasma, gli atomi del gas acquisiscono uno stato energetico più elevato e vengono ionizzati. Quando questi atomi e molecole ritornano al loro stato normale, rilasciano fotoni, che è ciò che conosciamo come il “bagliore” del plasma. Gas diversi possono produrre colori diversi, ad esempio il plasma di ossigeno produce un bagliore bluastro. Inoltre, le specie attive nel plasma includono atomi, molecole, ioni, radicali liberi, ecc., e queste specie interagiscono con qualsiasi superficie del plasma.
Questa tecnica è molto efficace ed economica per la pulizia critica se il gas utilizzato è l'ossigeno.
Il plasma di ossigeno può rompere efficacemente i legami chimici della materia organica (come C–H, C–C, C=C, C–O e C–N), decomponendo così gli inquinanti ad alto peso molecolare. Le specie reattive dell'ossigeno (come O2+, O2−, O3, O, O+, O−, ecc.) nel plasma di ossigeno reagiscono con gli inquinanti organici per generare acqua (H2O), monossido di carbonio (CO), biossido di carbonio (CO2) e idrocarburo a peso molecolare. Questi sottoprodotti vengono efficacemente scaricati durante il processo di trattamento, garantendo che la superficie trattata ottenga risultati ultra puliti.
In alcuni casi, viene utilizzato un gas inerte (come argon o elio) se il pezzo da lavorare è composto da materiali suscettibili all'ossidazione (come argento o rame). Queste specie reattive dell'ossigeno agiscono come minuscole sabbiatrici, abbattendo i contaminanti organici ed evaporando nel processo. La maggior parte dei sottoprodotti che fuoriescono sono piccole quantità di gas come anidride carbonica e vapore acqueo, nonché piccole quantità di monossido di carbonio e altri. Idrocarburi.
Il successo di questa tecnica viene spesso valutato in termini di angolo di contatto. Quando sono presenti contaminanti organici, l'angolo di contatto della goccia d'acqua con il materiale è elevato e quando il contaminante viene rimosso, l'angolo di contatto si riduce ad un valore caratteristico del contatto con un substrato puro. Le tecnologie utilizzate per analizzare la pulizia delle superfici includono anche XPS (spettroscopia fotoelettronica a raggi X) e AFM (microscopia a forza atomica), che aiutano a garantire una pulizia e una sterilizzazione efficaci.
La pulizia al plasma sta rapidamente diventando uno strumento importante nei settori delle scienze della vita, dei materiali e dell'energia.
La pulizia al plasma svolge un ruolo fondamentale anche nella biomedicina e nella scienza dei materiali. Nelle scienze della vita, la vitalità, la funzione e la proliferazione di una cellula sono influenzate dal suo microambiente. Il plasma viene spesso utilizzato come mezzo privo di sostanze chimiche per introdurre gruppi funzionali biologicamente rilevanti (come carbonile, carbossile, idrossile, ammina, ecc.) sulla superficie dei materiali. Ciò non solo migliora la biocompatibilità o la bioattività del materiale, ma rimuove anche efficacemente proteine e microrganismi contaminanti. Pertanto, la pulizia al plasma è diventata uno strumento indispensabile in campi quali la coltura cellulare, l’ingegneria dei tessuti e gli impianti.
Nella scienza dei materiali, la bagnabilità e la modificazione della superficie sono metodi importanti per migliorare le prestazioni del materiale senza alterarne le proprietà volumetriche. La pulizia al plasma viene utilizzata per modificare la chimica superficiale dei materiali, introdurre gruppi funzionali polari e migliorare l'adesione a rivestimenti a base acqua, adesivi, inchiostri e resine epossidiche. Inoltre, la pulizia al plasma può essere applicata anche a dispositivi microfluidici, che sono unici nella piccola scala dell’ambiente e possono utilizzare efficacemente la tecnologia del flusso di fluido su micro o nanoscala.
Per le celle solari e la tecnologia fotovoltaica, l'applicazione della tecnologia al plasma può migliorare significativamente l'efficienza di conversione.
Il plasma è sempre più utilizzato anche per migliorare le prestazioni delle celle solari e dei dispositivi fotovoltaici. Ad esempio, la riduzione dell’ossido di molibdeno (MoO3) può aumentare la densità di corrente di cortocircuito e la modifica dei nanofogli di biossido di titanio (TiO2) può migliorare l’efficienza della generazione di idrogeno. La perfetta combinazione di plasma attivo per pulire e migliorare le superfici mostra un potenziale infinito in una varietà di applicazioni avanzate a supporto di un futuro migliore.
I dati e i casi di cui sopra mostrano che il plasma di ossigeno ha dimostrato le sue eccellenti prestazioni e potenzialità in molti campi. Ma come influirà il potenziale di sviluppo futuro di questa tecnologia sui nostri metodi di produzione e sui nostri stili di vita?
