Doktorska disertacija
Optična emisijska spektroskopija kot orodje za spremljanje procesov hladne plazme pri atmosferskem tlaku
Ogledi: 8 | Prenosi: 9
Povzetek
Uporaba ne-ravnovesnih atmosferskih plazem zajema številna področja, kot so npr. plazemska medicina, prehrana in kmetijstvo, plazemska obdelava površin ter sinteza materialov in nanos nanomaterialov. Zaradi raznovrstnosti plazem, je bilo do sedaj razvitih mnogo plazemskih sistemov. Pri tem nas najbolj zanimajo atmosferske plazme, kot so atmosferski plazemski curki. Prednosti tovrstnih plazemskih sistemov pri uporabi v različnih aplikacijah sta predvsem njihova preprostost in razpoložljivost, ki sta posledici uporabe plazem pri atmosferskem tlaku in nizki delovni temperaturi, kar omogoča obdelavo termično nestabilnih materialov in substratov. Zaradi raznovrstnosti in mnogih aplikacij atmosferskih plazemskih curkov, je nujna njihova podrobna in standardizirana diagnostika.
Namen te disertacije je dokaz da je optična emisijska spektroskopija učinkovita metoda za opazovanje lastnosti argonovih in helijevih plazem in lahko priskrbi vse potrebne podatke o plazemskih parametrih in pogojih. Prav tako omogoča optična emisijska spektroskopija in situ spremljanje fizikalnih in kemijskih procesov, ki se dogajajo na površinah ob plazemskih sintezah ali nanosih. Cilj disertacije je torej raziskovanje dveh področij: (i) opazovanje površinskih sprememb z optično emisijsko spektroskopijo za izboljšavo površinske funkcionalizacije nanomaterialov ali nanodelcev v koloidnih raztopinah, in (ii) monitoring plazemske obdelave bioloških substratov z optično emisijsko spektroskopijo za varno obdelavo kože z atmosferskim plazemskim curkom, dekontaminacijo površin in odstranjevanje bakterij, kot tudi ublažitev plazemskih poškodb na celicah, pomembnih za klinično delo.
Za preizkus hipotez, je raziskava razdeljena na tri korake – postavitev plazemskega sistema, implementacija plazemskih diagnostičnih orodij in spremljanje različnih sprememb v materialih – bodisi bioloških odzivov, bodisi kemijskih in morfoloških sprememb. Uporabljeni plazemski sistemi generirajo atmosferske plazemske curke z možnostjo injiciranja aerosola, generirani z različnimi viri napetosti, ki delujejo v radiofrekvenčnem ali kHz razponu. Implementacija plazemsko diagnostičnih orodij se nanaša na kombinacijo diagnostike plinske faze z električno karakterizacijo vira napetosti. Optična diagnostika sestoji iz prostorsko in časovno ločljive optične emisijske spektroskopije ter karakterizacije plazemskih curkov s CCD napravami. Električna karakterizacija in meritve moči so izvedeni z visokonapetostnimi sondami in tokovnim monitoringom. Nazadnje je za indirektno odkrivanje plazemskih lastnosti, pridobljen vpogled v različne analize in odzive substratov, ki temelji na kemijski (tekoča kemija), morfološki (vrstična elektronska mikroskopija, presevna elektronska mikroskopija, mikroskopija na atomsko silo, rentgenska fotoelektronska spektroskopija, UV-VIS spektroskopija, Fourier-transformirana infrardeča spektroskopija) in biološki analizi (testi celične viabilnosti, določanje viabilnih bakterij po plazemski obdelavi, fluorescenčna mikroskopija za evaluacijo kožnih poškodb in infrardeče slikanje površine mišje kože).
Rezultati podpirajo naše hipoteze – optična emisijska spektroskopija je odlično večnamensko orodje za spremljanje in preučevanje procesov in sprememb v atmosferskih plazemskih curkih, če ga spremlja primerna in podrobna analiza substrata. Za pridobitev več informacij, bi bilo potrebno raziskavi dodati še druge diagnostične tehnike. Kljub temu pa bo v prihodnosti optična emisijska spektroskopija temeljni senzor za zaznavanje in nadzor procesov v atmosferskih plazmah bodisi pri izdelavi nanomaterialov ali plazemski obdelavi bioloških materialov.