Trattamento di superfici con plasma a pressione atmosferica fredda utilizzando il COST-Jet

Seguendo i passaggi di questo protocollo, qualsiasi scienziato dovrebbe essere in grado di configurare il getto COST, misurare la potenza applicata e applicare il plasma a pressione atmosferica generato nel dispositivo su un substrato solido o liquido in modo riproducibile. L'applicazione dei getti COST su campioni come i substrati biologici consente il confronto diretto tra i risultati della ricerca di diversi gruppi, nonché il confronto diretto tra simulazione ed esperimento. Se applicati a sistemi complessi come substrati biologici e liquidi, i getti COST possono davvero aiutarci a semplificare il problema e concentrarci sulla scienza interessante.

Prima del trattamento, preparare la configurazione sperimentale organizzando l'alimentazione del gas con tutta la linea del gas metallico. Scegli i regolatori di flusso di massa utilizzati per fornire il gas di alimentazione, evitando qualsiasi TPFE o tubi di plastica simili. Realizzare la miscela di gas reattivi con un sistema costituito da più regolatori di flusso di massa.

Per gli additivi più piccoli, utilizzare un'unità di miscelazione da banco per ridurre il tempo necessario per il completamento della miscelazione. Aggiungere una valvola tra le linee di alimentazione del gas e il getto. Pulire le linee di alimentazione del gas prima del trattamento superficiale pompandole e riempiendole circa tre volte.

Aggiungere una pompa al sistema e accenderla, quindi spegnere la pompa e attivare il flusso del gas. Aggiungi una trappola a setaccio molecolare o una trappola fredda. Collegare il dispositivo COST-jet a una rete di gas e all'alimentazione, quindi collegare le sonde elettriche integrate a un oscilloscopio.

Compensare adeguatamente una sonda di tensione commerciale. Aprire l'alloggiamento del COST-jet rimuovendo due delle viti e collegare la sonda di tensione commerciale alla linea di rame alimentata e alla parte con messa a terra del getto. Quindi, eseguire una routine di calibrazione della sonda.

Applicare una piccola tensione al COST-jet e regolare il condensatore variabile del circuito LC con un cacciavite per raggiungere l'accoppiamento ottimale. Eseguire una calibrazione della tensione confrontando la tensione effettiva con la tensione misurata utilizzando la regressione lineare e calcolare una costante di calibrazione. Rimuovere la sonda di tensione commerciale e chiudere l'alloggiamento del COST-jet.

Anche in questo caso, applicare una piccola tensione al getto COST-jet e sintonizzare il condensatore variabile del circuito LC utilizzando un cacciavite per raggiungere l'accoppiamento ottimale. Impostare una portata di gas di circa un litro standard al minuto di elio utilizzando i regolatori di flusso di massa. Aprire la valvola tra il sistema di alimentazione del gas e il getto COST, quindi applicare una bassa tensione agli elettrodi e aumentare l'ampiezza fino all'accensione del plasma.

Lasciare che l'impianto si riscaldi per circa 20 minuti. Collegare l'oscilloscopio che monitora la tensione e la corrente applicate al COST-jet a un computer. Avviare il software COST Power Monitor e passare al pannello Impostazioni.

Inserire i canali corretti collegati all'oscilloscopio e la costante di calibrazione. Interrompere il flusso di gas e applicare una tensione che rientri nell'intervallo tipico delle tensioni utilizzate per l'effettivo funzionamento della scarica. Passa al pannello Sweep e passa a una fase di riferimento mentre il plasma è ancora spento premendo il pulsante Trova.

Dopo aver individuato la fase di riferimento, riaccendere il gas. Premere il pulsante Avvio e Pausa per avviare o mettere in pausa le misurazioni elettriche. Prima di qualsiasi trattamento, pulire le linee di alimentazione del gas, impostare i parametri di controllo e attendere l'impostazione per un certo tempo di riscaldamento come descritto in precedenza.

Per il trattamento della superficie solida, scegliere la distanza tra il COST-jet e la superficie trattata. Avviare il tempo di trattamento accendendo il plasma o utilizzando un otturatore meccanico. Se necessario, controllare il modello di flusso del gas davanti al bersaglio utilizzando l'imaging di Schlieren.

Per il trattamento dei liquidi, versare il liquido da trattare in un contenitore adeguato, tenendo in considerazione l'influenza del flusso di gas sulla superficie del liquido. Inizia il trattamento. Evitare picchi di pressione sulla superficie del liquido dovuti a un improvviso cambiamento del flusso di gas, che potrebbe causare schizzi di liquido nella geometria di scarico.

Utilizzare un otturatore meccanico o aumentare lentamente il flusso di gas. Tenere conto della miscelazione del liquido dovuta all'attrito tra il flusso di gas neutro e la superficie del liquido. Questo protocollo è stato utilizzato per applicare il COST-jet a diverse superfici e liquidi.

Per dimostrare l'affidabilità del dispositivo, la potenza elettrica in un plasma di elio generato in cinque diversi dispositivi COST-jet è stata misurata utilizzando un flusso di gas di un litro standard al minuto. Qui, ogni colore rappresenta uno dei dispositivi. Tutti i dispositivi mostrano un comportamento simile con deviazioni originate dall'incertezza della misurazione della potenza e da differenze microscopiche nelle configurazioni.

Qui è mostrato il profilo di mordenzatura di un film ACH per un trattamento di tre minuti con il COST-jet. Il modello mostra una struttura circolare che rappresenta la simmetria cilindrica dell'effluente plasmatico. La probabilità di perdita superficiale dell'ossigeno atomico può essere stimata sulla base di profili di incisione in combinazione con simulazioni numeriche.

I vortici nel liquido sono causati dal flusso di gas che colpisce la superficie del liquido. Un foglio laser che illumina le particelle traccianti nel liquido consente di osservare la traiettoria e la velocità di queste particelle tramite la velocimetria a immagine di particelle. Si può osservare anche la depressione che si verifica sulla superficie del liquido sotto il canale del gas del getto di plasma.

La parte più importante di questo protocollo è mantenere il sistema il più riproducibile possibile. Questo viene fatto misurando accuratamente la potenza e pulendo le linee di alimentazione del gas per evitare impurità. Utilizzando questo protocollo, il COST-jet può essere applicato a qualsiasi tipo di campione in modo riproducibile.