Obróbka powierzchni zimną plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym za pomocą COST-Jet

Postępując zgodnie z krokami tego protokołu, każdy naukowiec powinien być w stanie skonfigurować odrzutowiec COST, zmierzyć przyłożoną moc i zastosować plazmę pod ciśnieniem atmosferycznym wytworzoną w urządzeniu na stałym lub ciekłym podłożu w powtarzalny sposób. Zastosowanie dysz COST do próbek, takich jak substraty biologiczne, umożliwia bezpośrednie porównanie wyników badań różnych grup, a także bezpośrednie porównanie symulacji i eksperymentu. W przypadku zastosowania do złożonych systemów, takich jak podłoża biologiczne i ciecze, dysze COST-jet mogą naprawdę pomóc nam uprościć problem i skupić się na interesującej nauce.

Przed zabiegiem należy przygotować układ doświadczalny, układając dopływ gazu z całkowicie metalowym przewodem gazowym. Wybierz regulatory przepływu masowego używane do dostarczania gazu zasilającego, unikając przewodów z TPFE lub podobnych tworzyw sztucznych. Realizuj domieszkanie gazów reaktywnych za pomocą systemu składającego się z wielu regulatorów przepływu masowego.

W przypadku mniejszych domieszek należy użyć jednostki przeciwmieszającej, aby skrócić czas potrzebny do zakończenia mieszania. Dodaj zawór między przewodami doprowadzającymi gaz a dyszą. Oczyścić przewody doprowadzające gaz przed obróbką powierzchni, pompując je i napełniając około trzy razy.

Dodaj pompę do systemu i włącz ją, a następnie wyłącz pompę i włącz przepływ gazu. Dodaj pułapkę sita molekularnego lub zimną wymrażarkę. Podłącz urządzenie COST-jet do źródła gazu i do zasilania, a następnie podłącz zintegrowane sondy elektryczne do oscyloskopu.

Prawidłowo skompensuj komercyjną sondę napięcia. Otwórz obudowę COST-jet, odkręcając dwie i podłącz komercyjną sondę napięcia do zasilanej linii miedzianej, a także do uziemionej części dyszy. Następnie wykonaj procedurę kalibracji sondy.

Przyłóż małe napięcie do strumienia COST-jet i dostrój zmienny kondensator obwodu LC za pomocą śrubokręta, aby osiągnąć optymalne sprzężenie. Wykonaj kalibrację napięcia, porównując rzeczywiste napięcie z zmierzonym napięciem za pomocą regresji liniowej i oblicz stałą kalibracji. Wyjmij komercyjną sondę napięcia i zamknij obudowę COST-jet.

Ponownie przyłóż małe napięcie do strumienia COST-jet i dostrój zmienny kondensator obwodu LC za pomocą śrubokręta, aby osiągnąć optymalne sprzężenie. Ustaw natężenie przepływu gazu na około jeden standardowy litr helu na minutę za pomocą regulatorów przepływu masowego. Otwórz zawór między systemem zasilania gazem a strumieniem COST, a następnie przyłóż niskie napięcie do elektrod i zwiększaj amplitudę, aż plazma się zapali.

Pozwól zestawowi się rozgrzać przez około 20 minut. Podłącz oscyloskop monitorujący napięcie i prąd przyłożony do strumienia COST-jet do komputera. Uruchom oprogramowanie COST Power Monitor i przejdź do panelu Ustawienia.

Wypełnij odpowiednie kanały podłączone do oscyloskopu i stałą kalibracji. Wyłącz dopływ gazu i przyłóż napięcie, które mieści się w typowym zakresie napięć używanych do rzeczywistej pracy wyładowania. Przejdź do panelu Przeciągnięcie i wykonaj fazę odniesienia, gdy plazma jest nadal wyłączona, naciskając przycisk Znajdź.

Po znalezieniu fazy odniesienia ponownie włącz gaz. Naciśnij przycisk Start i Pauza, aby rozpocząć lub wstrzymać pomiary elektryczne. Przed jakimkolwiek zabiegiem należy oczyścić przewody doprowadzające gaz, ustawić parametry sterujące i odczekać, aż konfiguracja będzie się nagrzewać, jak opisano wcześniej.

W przypadku obróbki powierzchni bryłowych należy wybrać odległość między dyszą COST-jet a obrabianą powierzchnią. Czas leczenia należy rozpocząć od włączenia plazmy lub użycia migawki mechanicznej. W razie potrzeby sprawdź schemat przepływu gazu przed celem za pomocą obrazowania Schlierena.

W przypadku obróbki cieczy należy wlać ciecz, która ma być poddana obróbce, do odpowiedniego pojemnika, biorąc pod uwagę wpływ przepływu gazu na powierzchnię cieczy. Rozpocznij kurację. Unikaj skoków ciśnienia na powierzchni cieczy spowodowanych nagłą zmianą przepływu gazu, co może spowodować rozpryskiwanie się cieczy w geometrii wylotu.

Użyj mechanicznej migawki lub powoli zwiększaj przepływ gazu. Weź pod uwagę mieszanie się cieczy w wyniku tarcia między neutralnym przepływem gazu a powierzchnią cieczy. Protokół ten został wykorzystany do zastosowania strumienia COST-jet na różnych powierzchniach i cieczach.

Aby zademonstrować niezawodność urządzenia, moc elektryczna w plazmie helowej generowanej przez pięć różnych urządzeń COST-jet została zmierzona przy użyciu przepływu gazu o wartości jednego standardowego litra na minutę. Tutaj każdy kolor reprezentuje jedno z urządzeń. Wszystkie urządzenia wykazują podobne zachowanie z odchyleniem wynikającym z niepewności pomiaru mocy i mikroskopijnych różnic w ustawieniach.

Profil wytrawiania filmu ACH dla trzyminutowego zabiegu za pomocą strumienia COST jest pokazany tutaj. Wzór przedstawia okrągłą strukturę reprezentującą cylindryczną symetrię ścieków plazmowych. Prawdopodobieństwo utraty powierzchni tlenu atomowego można oszacować na podstawie profili wytrawiania w połączeniu z symulacjami numerycznymi.

Wiry w cieczy są spowodowane przez strumień gazu uderzający w powierzchnię cieczy. Arkusz laserowy oświetlający cząstki znacznikowe w cieczy umożliwia obserwację trajektorii i prędkości tych cząstek za pomocą prędkości obrazu cząstek. Można również zaobserwować zachodzące wgłębienie powierzchni cieczy pod kanałem gazowym strumienia plazmy.

Najważniejszą częścią tego protokołu jest utrzymanie systemu tak powtarzalnego, jak to tylko możliwe. Odbywa się to poprzez dokładny pomiar mocy, a także czyszczenie przewodów doprowadzających gaz, aby uniknąć jakichkolwiek zanieczyszczeń. Korzystając z tego protokołu, COST-jet może być stosowany do każdego rodzaju próbki w powtarzalny sposób.