Oppervlakken behandelen met een koud atmosferisch drukplasma met behulp van de COST-Jet

Door de stappen van dit protocol te volgen, zou elke wetenschapper in staat moeten zijn om de COST-jet op te zetten, het toegepaste vermogen te meten en het atmosferische drukplasma dat in het apparaat wordt gegenereerd, op een reproduceerbare manier op een vast of vloeibaar substraat aan te brengen. Het aanbrengen van de COST-jets op monsters zoals biologische substraten maakt directe vergelijking mogelijk tussen onderzoeksresultaten van verschillende groepen, evenals directe vergelijking tussen simulatie en experiment. Wanneer toegepast op complexe systemen zoals biologische substraten en vloeistoffen, kunnen de COST-jets ons echt helpen het probleem te vereenvoudigen en ons te concentreren op de interessante wetenschap.

Voor de behandeling, bereid de experimentele opstelling voor door de gastoevoer met alle metalen gasleiding te regelen. Kies de massastroomregelaars die worden gebruikt om het toevoergasm te leveren, vermijd TPFE of soortgelijke plastic buizen. Realiseer de menging van reactieve gassen met een systeem bestaande uit meerdere massastroomregelaars.

Voor kleinere mengsels, gebruik een tegenmengingseenheid om de tijd die nodig is voor het volledige mengen te verkorten. Voeg een klep toe tussen de gastoevoerleidingen en de jet. Reinig de gastoevoerleidingen voor de oppervlaktebehandeling door ze ongeveer drie keer te pompen en opnieuw te vullen.

Voeg een pomp toe aan het systeem en zet deze aan, schakel vervolgens de pomp uit en zet de gasstroom aan. Voeg een moleculaire zeefval of koude val toe. Verbind het COST-jet-apparaat met een gastoevoer en de stroomvoorziening, verbind vervolgens de geïntegreerde elektrische sondes met een oscilloscoop.

Compenseer goed een commerciële spanningssonde. Open de behuizing van de COST-jet door twee van de schroeven te verwijderen en sluit de commerciële spanningssonde aan op de gevoede koperen lijn en het geaarde deel van de jet. Voer vervolgens een sondekalibratieroutine uit.

Breng een kleine spanning aan op de COST-jet en pas de variabele condensator van de LC-circuit met een schroevendraaier aan om de optimale koppeling te bereiken. Voer een spanningskalibratie uit door de werkelijke spanning te vergelijken met de gemeten spanning met behulp van lineaire regressie en bereken een kalibratieconstante. Verwijder de commerciële spanningssonde en sluit de behuizing van de COST-jet.

Breng opnieuw een kleine spanning aan op de COST-jet en pas de variabele condensator van de LC-circuit met een schroevendraaier aan om de optimale koppeling te bereiken. Stel een gasstroomsnelheid in van ongeveer één standaardliter per minuut helium in met behulp van de massastroomregelaars. Open de klep tussen het gastoevoersysteem en de COST-jet, breng vervolgens een lage spanning aan op de elektroden en verhoog de amplitude totdat het plasma ontsteekt.

Laat de opstelling ongeveer 20 minuten opwarmen. Verbind de oscilloscoop die de spanning en stroom bewaakt die op de COST-jet wordt toegepast, met een computer. Start de COST Power Monitor-software en schakel over naar het Instellingen-paneel.

Vul de juiste kanalen in die zijn verbonden met de oscilloscoop en de kalibratieconstante. Schakel de gasstroom uit en breng een spanning aan die in het typische bereik van spanningen valt die worden gebruikt voor de daadwerkelijke werking van de ontlading. Ga naar het Veeg-paneel en neem een referentiefase terwijl het plasma nog uit staat door op de knop Zoeken te drukken.

Na het vinden van de referentiefase, zet het gas weer aan. Druk op de Start en Pauze-knop om de elektrische metingen te starten of te pauzeren. Reinig voorafgaand aan elke behandeling de gastoevoerleidingen, stel de bedieningsparameters in en geef de opstelling wat opwarmtijd zoals eerder beschreven.

Voor behandeling van vaste oppervlakken, kies de afstand tussen de COST-jet en het te behandelen oppervlak. Start de behandeling door het plasma aan te zetten of een mechanische sluiter te gebruiken. Indien nodig, controleer het gasstroompatroon voor het doelwit met behulp van Schlieren-beelden.

Voor vloeistofbehandeling, giet de te behandelen vloeistof in een geschikte container, houd rekening met de invloed van de gasstroom op het vloeistofoppervlak. Start de behandeling. Vermijd drukstijgingen op het oppervlak van de vloeistof door een plotselinge verandering in gasstroom, wat vloeistofpatten zou kunnen veroorzaken in de ontlaadgeometrie.

Gebruik een mechanische sluiter of verhoog langzaam de gasstroom. Houd rekening met de menging van de vloeistof als gevolg van wrijving tussen neutraal gasstroom en vloeistofoppervlak. Dit protocol werd gebruikt om de COST-jet op verschillende oppervlakken en vloeistoffen toe te passen.

Om de betrouwbaarheid van het apparaat te demonstreren, werd het elektrische vermogen in een heliumplasma dat in vijf verschillende COST-jet-apparaten werd gegenereerd, gemeten met behulp van een gasstroom van één standaardliter per minuut. Hier vertegenwoordigt elke kleur een van de apparaten. Alle apparaten vertonen vergelijkbaar gedrag met afwijkingen die voortkomen uit de onzekerheid van de vermogensmeting en microscopische verschillen in de opstellingen.

Het etchprofiel van een ACH-film voor een behandeling van drie minuten met de COST-jet wordt hier getoond. Het patroon vertoont een cirkelvormige structuur die de cilindrische symmetrie van de plasma-uitlaat vertegenwoordigt. De oppervlakteverlieswaarschijnlijkheid van atomair zuurstof kan worden geschat op basis van etchprofielen in combinatie met numerieke simulaties.

Voortjes in vloeistof worden veroorzaakt door een gasstroom die op het vloeistofoppervlak botst. Een laserstroom die tracerdeeltjes in de vloeistof verlicht, maakt het mogelijk om de baan en snelheid van deze deeltjes waar te nemen via particle image velocimetry. De optredende depressie van het vloeistofoppervlak onder de gaskanaal van de plasmastraal kan ook worden waargenomen.

Het belangrijkste deel van dit protocol is om het systeem zo reproduceerbaar mogelijk te houden. Dit wordt gedaan door het vermogen nauwkeurig te meten en de gastoevoerleidingen schoon te maken om verontreinigingen te voorkomen. Met behulp van dit protocol kan de COST-jet op een reproduceerbare manier op elk type monster worden toegepast.