コストジェットを用いた冷気圧プラズマによる表面の処理

このプロトコルの手順に従うことで、科学者はCOST-jetをセットアップし、印加された電力を測定し、デバイスで生成された大気圧プラズマを固体または液体の基板に再現可能な方法で適用できるはずです。COST-jetsを生体基質などのサンプルに適用することで、異なるグループの研究結果を直接比較するだけでなく、シミュレーションと実験を直接比較することができます。COST-jetsを生物学的基質や液体などの複雑なシステムに適用すると、問題を単純化し、興味深い科学に集中するのに本当に役立ちます。

処理前に、全金属製ガスラインでガス供給を配置して実験装置を準備します。供給ガスを供給するために使用されるマスフローコントローラーを選択し、TPFEまたは同様のプラスチックチューブを避けます。反応性ガスの混合を複数のマスフローコントローラーで構成するシステムで実現します。

混和剤が小さい場合は、カウンターミキシングユニットを使用して、ミキシングの完了に必要な時間を短縮します。ガス供給ラインとジェットの間にバルブを追加します。表面処理前にガス供給ラインをポンピングして約3回補充することにより、ガス供給ラインを清掃します。

システムにポンプを追加してオンにしてから、ポンプのスイッチをオフにしてガスの流れをオンにします。モレキュラーシーブトラップまたはコールドトラップを追加します。COST-jetデバイスをガス供給と電源に接続し、統合電気プローブをオシロスコープに接続します。

商用電圧プローブを適切に補償します。2本のネジを外してCOST-jetハウジングを開き、商用の電圧プローブを電源付きの銅線とジェットの接地部分に接続します。次に、プローブのキャリブレーションルーチンを実行します。

COST-jetに小さな電圧を印加し、LC回路の可変コンデンサをドライバーで調整して、最適な結合に到達します。線形回帰を使用して実際の電圧と測定された電圧を比較して電圧キャリブレーションを実行し、キャリブレーション定数を計算します。市販の電圧プローブを取り外し、COST-jetハウジングを閉じます。

再度、COST-jetに小さな電圧を印加し、ドライバーを使用してLC回路の可変コンデンサを調整して、最適な結合に到達します。マスフローコントローラーを使用して、ヘリウムの1分あたり約1標準リットルのガス流量を設定します。ガスパージシステムとCOST-jetの間のバルブを開き、電極に低電圧を印加し、プラズマが発火するまで振幅を増加させます。

セットアップが約 20 分間ウォームアップされるまで待ちます。COST-jetに印加される電圧と電流を監視しているオシロスコープをコンピューターに接続します。COST Power Monitor ソフトウェアを起動し、設定パネルに切り替えます。

オシロスコープに接続されている正しいチャンネルとキャリブレーション定数を入力します。ガスの流れを止め、放電の実際の動作に使用される電圧の一般的な範囲内の電圧を印加します。スイープパネルに変更し、プラズマがオフのままの状態でFindボタンを押して参照位相を撮ります。

基準相を見つけたら、ガスを再びオンにします。[開始]ボタンと[一時停止]ボタンを押して、電気測定を開始または一時停止します。処理を行う前に、ガス供給ラインを清掃し、制御パラメータを設定し、前述のようにセットアップにウォームアップ時間を確保します。

ソリッド表面処理の場合は、COST-jetと処理面の間の距離を選択します。治療時間を開始するには、プラズマのスイッチを入れるか、メカニカルシャッターを使用します。必要に応じて、シュリーレンイメージングを使用してターゲットの前のガスフローパターンを確認します。

液体処理の場合は、液体表面のガスの流れの影響を考慮して、処理する液体を適切な容器に注ぎます。治療を開始します。ガスの流れが急激に変化するため、液体の表面に圧力サージが発生し、液体が吐出形状に飛散する可能性があるため、回避してください。

メカニカルシャッターを使用するか、ガスの流れをゆっくりと増やします。中性ガスの流れと液体表面との間の摩擦による液体の混合を考慮に入れてください。このプロトコルは、COST-jetをさまざまな表面や液体に適用するために使用されました。

この装置の信頼性を実証するために、5つの異なるCOST-jet装置で生成されたヘリウムプラズマの電力を、1分間に1リットルのガス流量を用いて測定しました。ここでは、各色はデバイスの 1 つを表しています。すべてのデバイスは、電力測定の不確かさとセットアップの微視的な違いに起因する偏差を伴いながら、同様の動作を示します。

ここでは、COST-jetで3分間処理したACHフィルムのエッチングプロファイルを示します。このパターンは、プラズマ流出物の円筒形対称性を表す円形構造を示しています。原子状酸素の表面損失確率は、エッチングプロファイルと数値シミュレーションの組み合わせに基づいて推定できます。

液体中の渦は、液体表面に衝突するガス流によって引き起こされます。液体中のトレーサー粒子を照らすレーザーシートにより、粒子画像速度測定により、これらの粒子の軌道と速度を観察することができます。プラズマジェットのガスチャネルの下の液体表面の陥没も観察できます。

このプロトコルの最も重要な部分は、システムを可能な限り再現性のある状態に保つことです。これは、電力を正確に測定し、不純物を避けるためにガス供給ラインを清掃することによって行われます。このプロトコルを使用すると、COST-jetはあらゆる種類のサンプルに再現性のある方法で適用できます。