Tratamiento de superficies con un plasma de presión atmosférica fría utilizando el COST-Jet

Siguiendo los pasos de este protocolo, cualquier científico debería ser capaz de configurar el COST-jet, medir la potencia aplicada y aplicar el plasma de presión atmosférica generado en el dispositivo sobre un sustrato sólido o líquido de manera reproducible. La aplicación de los COST-jets sobre muestras como sustratos biológicos permite la comparación directa entre los resultados de investigación de diferentes grupos, así como la comparación directa entre la simulación y el experimento. Cuando se aplican a sistemas complejos como sustratos biológicos y líquidos, los COST-jets realmente pueden ayudarnos a simplificar el problema y centrarnos en la ciencia interesante.

Antes del tratamiento, prepare la configuración experimental organizando el suministro de gas con toda la línea de gas metálica. Elija los controladores de flujo másico utilizados para proporcionar el gas de alimentación, evitando cualquier tubería de TPFE o plástico similar. Realice la mezcla de gases reactivos con un sistema que consta de múltiples controladores de flujo másico.

Para aditivos más pequeños, use una unidad de contramezcla para reducir el tiempo necesario para que se complete la mezcla. Agregue una válvula entre las líneas de suministro de gas y el chorro. Limpie las líneas de suministro de gas antes del tratamiento de la superficie bombeándolas y rellenándolas aproximadamente tres veces.

Agregue una bomba al sistema y enciéndala, luego apague la bomba y abra el flujo de gas. Agregue una trampa de tamiz molecular o una trampa fría. Conecte el dispositivo COST-jet a una fuente de alimentación y a una fuente de alimentación, luego conecte las sondas eléctricas integradas a un osciloscopio.

Compense adecuadamente una sonda de voltaje comercial. Abra la carcasa del COST-jet quitando dos de los tornillos y conecte la sonda de voltaje comercial a la línea de cobre alimentada, así como a la parte conectada a tierra del chorro. A continuación, realice una rutina de calibración de la sonda.

Aplique un pequeño voltaje al COST-jet y ajuste el condensador variable del circuito LC con un destornillador para alcanzar el acoplamiento óptimo. Realice una calibración de voltaje comparando el voltaje real con el voltaje medido mediante regresión lineal y calcule una constante de calibración. Retire la sonda de voltaje comercial y cierre la carcasa COST-jet.

Nuevamente, aplique un pequeño voltaje al COST-jet y ajuste el condensador variable del circuito LC con un destornillador para alcanzar el acoplamiento óptimo. Configure un caudal de gas de aproximadamente un litro estándar por minuto de helio utilizando los controladores de flujo másico. Abra la válvula entre el sistema de suministro de gas y el COST-jet, luego aplique un voltaje bajo a los electrodos y aumente la amplitud hasta que el plasma se encienda.

Deje que la configuración se caliente durante aproximadamente 20 minutos. Conecte el osciloscopio que monitorea el voltaje y la corriente aplicados al COST-jet a una computadora. Inicie el software COST Power Monitor y cambie al panel Configuración.

Rellene los canales correctos conectados al osciloscopio y la constante de calibración. Apague el flujo de gas y aplique un voltaje que esté en el rango típico de voltajes utilizados para el funcionamiento real de la descarga. Cambie al panel Barrido y tome una fase de referencia mientras el plasma aún está apagado presionando el botón Buscar.

Después de encontrar la fase de referencia, vuelva a encender el gas. Presione el botón Inicio y pausa para iniciar o pausar las mediciones eléctricas. Antes de cualquier tratamiento, limpie las líneas de suministro de gas, configure los parámetros de control y permita que la configuración tenga un tiempo de calentamiento como se describió anteriormente.

Para el tratamiento de superficies sólidas, elija la distancia entre el COST-jet y la superficie tratada. Inicie el tiempo de tratamiento encendiendo el plasma o utilizando un obturador mecánico. Si es necesario, compruebe el patrón de flujo de gas delante del objetivo utilizando imágenes de Schlieren.

Para el tratamiento de líquidos, vierta el líquido a tratar en un recipiente adecuado, teniendo en cuenta la influencia del flujo de gas en la superficie del líquido. Iniciar el tratamiento. Evite los aumentos repentinos de presión en la superficie del líquido debido a un cambio repentino en el flujo de gas, lo que podría causar salpicaduras de líquido en la geometría de descarga.

Utilice un obturador mecánico o aumente lentamente el flujo de gas. Tenga en cuenta la mezcla del líquido debido a la fricción entre el flujo de gas neutro y la superficie del líquido. Este protocolo se utilizó para aplicar el COST-jet a diferentes superficies y líquidos.

Para demostrar la fiabilidad del dispositivo, se midió la potencia eléctrica en un plasma de helio generado en cinco dispositivos COST-jet diferentes utilizando un flujo de gas de un litro estándar por minuto. Aquí, cada color representa uno de los dispositivos. Todos los dispositivos muestran un comportamiento similar con desviaciones originadas por la incertidumbre de la medición de potencia y diferencias microscópicas en las configuraciones.

Aquí se muestra el perfil de grabado de una película ACH para un tratamiento de tres minutos con el COST-jet. El patrón muestra una estructura circular que representa la simetría cilíndrica del efluente de plasma. La probabilidad de pérdida superficial del oxígeno atómico se puede estimar sobre la base de perfiles de grabado en combinación con simulaciones numéricas.

Los vórtices en el líquido son causados por la corriente de gas que incide en la superficie del líquido. Una lámina láser que ilumina las partículas trazadoras en el líquido permite observar la trayectoria y la velocidad de estas partículas a través de la velocimetría de imágenes de partículas. También se puede observar la depresión que se produce en la superficie del líquido por debajo del canal de gas del chorro de plasma.

La parte más importante de este protocolo es mantener el sistema lo más reproducible posible. Esto se hace midiendo con precisión la potencia y limpiando las líneas de suministro de gas para evitar impurezas. Con este protocolo, el COST-jet se puede aplicar a cualquier tipo de muestra de forma reproducible.