[논문 리뷰] Transferred plasma jet from a dielectric barrier discharge for processing of poly(dimethylsiloxane) surfaces

Fellype do Nascimento, M. Machida외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 24.

Plasma Applications and Diagnostics참고 문헌 50인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 유전체 방울 방 discharge (DBD)에서 유도된 전이 플라즈마 제트를 이용해 폴리디메틸실록산 (PDMS) 표면의 침윤성과 부착성 향상을 조사한다. 전이 제트는 주된 DBD 제트보다 높은 진동 온도 (T_vib)를 나타내며, 이는 표면 에너지 향상과 더 빠른 수성화와 관련이 있으며, 더 효과적인 표면 활성화와 화학적 변형에 기인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 유전체 방울 방 discharge (DBD)에서 유도된 전이 플라즈마 제트가 PDMS 표면 특성 수정에 효과적인지 조사하기.
• 주된 DBD 플라즈마 처리와 전이 DBD 플라즈마 처리 간의 표면 침윤성 변화(물 접촉 각도 측정을 통해)와 표면 거칠기 변화를 비교하기.
• 양 플라즈마 구성에서 진동 온도 (T_vib)와 회전 온도를 측정하고 비교하기.
• 증가된 T_vib가 PDMS 표면의 부착성 향상과 침윤성 향상에 미치는 역할을 규명하기.

제안 방법

• 유전체 방울 방 discharge (DBD) 플라즈마를 주된 플라즈마 제트와 전이 플라즈마 제트의 두 구성으로 적용하기.
• 침윤성 변화 평가를 위해 다양한 플라즈마 노출 시간과 노후화 기간 동안 물 접촉 각도 (WCA) 측정하기.
• 표면 거칠기의 정량화를 위해 프로파일로미터 또는 유사한 표면 분석 기법 사용하기.
• 광학 방출 스펙트로스코피 (OES)를 통해 진동 온도 (T_vib)와 회전 온도를 결정하기, 특히 N2 제2 양성 시스템 (C3Πu → B3Πg) 방출에 초점 맞추기.
• 주된 제트와 전이 제트 구성 간의 플라즈마 파라미터와 표면 수정 사항 비교하기.
• T_vib와 표면 에너지/침윤성 향상 간의 관계 분석하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DBD에서 유도된 전이 플라즈마 제트는 주된 DBD 제트와 비교해 시간 경과와 노후화 동안 PDMS 표면 침윤성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 주된 제트와 전이 제트 간의 진동 온도 (T_vib)와 회전 온도는 어떤가?
• RQ3 전이 플라즈마 제트에서 증가된 진동 온도 (T_vib)는 표면 부착성 향상과 침윤성 향상에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 전이 제트에서 주된 제트보다 높은 T_vib를 유도하는 물리적 메커니즘은 무엇일 수 있는가?

주요 결과

• 전이 플라즈마 제트는 주된 DBD 플라즈마 제트보다 높은 진동 온도 (T_vib)를 나타내어 더 높은 에너지의 분자 자극을 의미한다.
• 전이 제트에서 높아진 T_vib는 물 접촉 각도의 더 빠르고 뚜렷한 감소와 관련이 있으며, 이는 표면의 수성화 향상을 시사한다.
• 두 처리 방식 모두 표면 거칠기 변화를 보였지만, 전이 제트는 더 높은 에너지 입력로 인해 더 두드러진 수정을 유도했다.
• 두 플라즈마 유형 간의 표면 노후화 거동은 다름을 보였으며, 전이 제트는 시간이 지남에 따라 더 안정적인 수성화 특성을 유지했다.
• 이 연구에서 처음으로 전이 플라즈마 제트의 진동 온도 (T_vib)를 정량화하였고, 주된 제트보다 현저히 높은 것으로 확인되었다.
• T_vib의 증가는 표면 활성화를 향상시켜 PDMS의 부착성과 침윤성 향상에 기여하는 주요 요인로 제안된다.