[論文レビュー] Transferred plasma jet from a dielectric barrier discharge for processing of poly(dimethylsiloxane) surfaces

Fellype do Nascimento, M. Machida+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2016

Plasma Applications and Diagnostics参考文献 50被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ポリジメチルシロキーン（PDMS）表面の親水性および接着性を向上させるために、誘電体バリア放電（DBD）からの移行プラズマジェットの効果を調査した。移行ジェットは、主なDBDジェットに比べて高い振動温度（T_vib）を示し、表面エネルギーの向上と迅速な親水化と関連している。これは、より効果的な表面活性化および化学的修飾に起因する。

ABSTRACT

In this work we studied processing of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) surfaces using dielectric barrier discharge (DBD) plasma in two different assemblies, one using the primary plasma jet obtained from a conventional DBD and the other using a DBD plasma jet transfer. The evolution of water contact angle (WCA) in function of plasma processing time and in function of aging time as well as the changes in the surface roughness of PDMS samples for both plasma treatments have been studied. We also compared vibrational and rotational temperatures for both plasmas and for the first time the vibrational temperature (T_vib) for the transferred plasma jet has been shown to be higher as compared with the primary jet. The increment in the T_vib value seems to be the main reason for the improvements in adhesion properties and surface wettability for the transferred plasma jet. Possible explanations for the increase in the vibrational temperature are presented.

研究の動機と目的

• 誘電体バリア放電（DBD）からの移行プラズマジェットがPDMS表面特性をどのように修飾するかを調査すること。
• 主なDBDプラズマ処理と移行DBDプラズマ処理の間で、水接触角を用いた親水性の時間的変化および表面粗さの変化を比較すること。
• 両方のプラズマ構成における振動温度（T_vib）および回転温度の測定と比較すること。
• 上昇したT_vibがPDMS表面の接着性および親水性を向上させる役割を特定すること。

提案手法

• 誘電体バリア放電（DBD）プラズマを、主なプラズマジェットおよび移行プラズマジェットの2つの構成で適用すること。
• 親水性の変化を評価するために、さまざまなプラズマ露出時間および老化期間における水接触角（WCA）の測定。
• プロファイルメーターや類似の表面分析技術を用いて表面粗さの定量的評価。
• 光学発光分光法（OES）を用いて振動温度（T_vib）および回転温度を決定し、N2第二正正系（C3Πu → B3Πg）遷移放射の分析に注目すること。
• 主なジェットと移行ジェットの両構成におけるプラズマパラメータおよび表面修飾の比較。
• T_vibと表面エネルギー／親水性の向上との関係の分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DBDからの移行プラズマジェットは、時間経過および老化の過程で、主なDBDジェットと比較してPDMS表面の親水性をどのように変化させるか？
• RQ2 主なジェットと移行ジェットの間で、振動温度（T_vib）および回転温度にどのような差異があるか？
• RQ3 移行プラズマジェットにおける上昇した振動温度（T_vib）が、PDMSの接着性および親水性の向上にどの程度寄与しているか？
• RQ4 移行ジェットにおける高いT_vibを説明する物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 移行プラズマジェットは、主なDBDプラズマジェットに比べて高い振動温度（T_vib）を示し、よりエネルギーの高い分子励起を示している。
• 移行ジェットにおける高いT_vibは、水接触角の迅速かつ顕著な低下と相関しており、表面の親水性向上を示している。
• 両処理において表面粗さの変化が観察されたが、移行ジェットはより顕著な変化を引き起こしており、おそらくより高いエネルギー入力によるものと考えられる。
• 処理後のPDMS表面の老化挙動は、2つのプラズマタイプで異なり、移行ジェットは時間経過に伴う親水的特性の安定性が優れていた。
• 本研究では、初めて移行プラズマジェットの振動温度（T_vib）を定量的に測定し、主なジェットに比べ顕著に上昇していることが判明した。
• T_vibの上昇は、表面活性化を促進する主因であると提唱され、PDMSにおける接着性および親水性の向上に寄与している。