Bài giảng kĩ thuật polimer hóa bằng công nghệ plasma

Kĩ thuật polime hóa bằng công nghệ plasma• Giới thiệu sơ lược về lịch sử phát triển ngành khoa học plasma • Định nghĩa và tính chất của plasma • Các phương pháp tạo plasma • Ứng dụng p

KĨ THUẬT POLIMER HÓA BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA

Kĩ thuật polime hóa bằng công nghệ plasma

• Giới thiệu sơ lược về lịch sử phát triển

ngành khoa học plasma

• Định nghĩa và tính chất của plasma

• Các phương pháp tạo plasma

• Ứng dụng plasma trong nghiên cứu vật liệu polime

• Phương pháp plasma trong công nghệ

sản xuất polime

• Ưu và nhược điểm

I: Giới thiệu sơ lược về lịch sử phát triển ngành khoa học plasma

• 1667 nhà bác học Floreltre đã phát hiện ra

rằng ngọn lửa có tính dẫn điện.

• 1897 các nhà khoa học giải thích được

plasma bao gồm điện tử và ion.

• Nhà bác học I langmuir ( giải nobel hóa

học 1932) là người đưa ra thuật ngữ

“plasma” lần đầu tiên cho ngành vật lí vào

năm 1923

II Định nghĩa và tính chất của plasma

• 1 Định nghĩa:

Plasma là hệ tựa trung tính toàn thể bao

gồm những hạt mang điện như điện tử, ion, và cả hạt trung tính ( bao gồm cả gốc

tự do) được tạo ra do phóng điện ở áp

suất thấp hay áp suất thường trong nền không khí trung hòa về điện tích.

II Định nghĩa và tính chất của plasma

• 2: Tính chất của plasma

Đặc trưng cơ bản của plasma là các hạt tích điện và có năng lượng cao phát ra các bức xạ điện từ

• Plasma được chia làm hai loại:

+Plasma nóng

+ Plasma lạnh ( nguội)

III Các phương pháp tạo plasma

Nguyên lý : Dù trong công nghiệp hay phòng

thí nghiệm, plasma được tạo ra bằng nguyên tắc tiếp năng lượng cho vật chất

Các dạng năng lượng để phát plasma: cơ

năng ( ép đoạn nhiệt), nhiệt năng, hóa năng,

năng lượng chiếu xạ, phản ứng hạt nhân, điện

năng

III Các phương pháp tạo plasma

Phương pháp thông dụng nhất để phát

plasma trong công nghệ là cung cấp năng

lượng điện cho chất khí trong một buồng

phản ứng plasma Điện tử sản sinh trong quá trình phát plasma sẽ được gia tốc trong điện trường ngoài và quá trình truyền năng lượng xảy ra do có sự va đập của chúng với các hạt khác trong khối plasma Sử dụng trường điện

từ cao tần trong dải tần số radio(RF) hoặc

trong dảy vi sóng để phát plasma được ứng dụng nhiều quá trình hóa học plasma

III Các phương pháp tạo plasma

Một số dạng phóng điện tạo plasma:

IV: Ứng dụng plasma trong nghiên cứu vật liệu polime

Việc ứng dụng công nghệ plasma có các hiệu quả sau

• Cải thiện độ bền cơ học

• Thay đổi tính chất dẫn điện

• Polymer hữu cơ phủ kim loại

• Thay đổi tính chất thấm phủ

• Nhuộm và in

IV: Ứng dụng plasma trong nghiên cứu vật liệu polime

• Tăng khả năng chống cháy

• Composite và chế tạo vật liệu xốp

• Các ứng dụng trong sinh học và y tế

• Các ứng dụng trong màng và công nghệ môi trường…

V: Phương pháp plasma trong công nghệ sản xuất polime

Trong công nghiệp thường sử dụng các

plasma của các khí hiếm: He Ne, Ar với hệ plasma lạnh không dung môi, thường polime hóa kiểu khơi mào gốc tự do hoặc cation

1 Ứng dụng trong kĩ nghệ tạo polimer dẫn

điện:

2 Ứng dụng trong tạo polime hữu cơ hữu

cơ phủ kim loại

3 Chế tạo vật liệu composite

4 Tạo tính tương hợp sinh học cho polimer

Ứng dụng trong kĩ nghệ tạo polimer dẫn điện:

Polimer polithiophene (PTh) là những loại

polimer dẫn điện nếu được kích thích với hợp chất oxy hóa thích hợp

Trùng hợp plasma không dung dung môi, có thể thực hiện ở nhiệt độ phòng , cho phép tạo một lớp mỏng PTh trên nhiều loại vật liệu nền khác nhau một cách nhanh chóng với chất

lượng cao

Polimer polithiophene

Trùng hợp Thiophen trong plasma RF ở áp

suất thấp và nhiệt độ hai tấm thủy tinh và silic Thiophen được trộn với các loại khí mang

khác nhau là oxy và nitơ Nền được xử lí trước bằng plasma Ar, sau đó hút chân không và

dưa Thiophen cùng các khí mang vào để trùng hợp plasma Plasma đã tạo được lớp mỏng

PTh trong suốt với tỉ trọng là 1,75 g/cc Sau đó được kích thích bằng hơi I2

Ứng dụng trong tạo polime hữu cơ hữu cơ phủ kim loại

Để giải quyết vấn đề cải thiện độ bám dính của kim loại lên bề mặt polimer

Ứng dụng quan trọng nhất là cải thiện bề mặt, tăng độ nhám, khả năng bám dính bề mặt của nhóm poliolephin, lý do là mặc dù polyolefin là một trong những nhóm chất dẻo được sử

dụng rộng rãi, tuy nhiên có khuyêt điểm là bề mặt khó bám dính do tính kị nước và không

phân cực Vì vậy để phủ lớp kim loại lên chúng

là rất khó khăn do tính chất kém bám dính

Nhóm nghiên cứu của Tạ Thị Phương Hoa

và Nguyễn Hoàng An và các cộng sự đã xử

lí nền chất dẻo blend

polyamide-polyethylen bằng plasma Argon nguồn RF

áp suất 2.10-2 mbar với thời gian xử lí khác nhau trước khi phún xạ một lớp mỏng titan

Qua khảo sát bằng các phương pháp phân tích hiện đại, nhận thấy xử lí plasma Ar ở

áp suất thấp đã xuất hiện bề mặt nhám đều đặn dần lên theo thời gian xử lí, đưa độ

nhám tăng lên gần gấp hai lần, từ 27nm lên 52nm

Ngoài ra, việc xử lí này đã tạo nên một bề

mặt sạch, có diện tích riêng lớn hơn khi

không xử lí, mặt khác bề mặt cũng có nhiều nhóm chức NH+ và NH2+

Các tính chất này tạo điều kiện thuận lợi cho việc che phủ và bám dính tốt hơn Thực tế, lớp titan được phún xạ lên nền đã được xử lí có

độ bám dính cao hơn cơ bản so với bề mặt

không xử lí , tăng từ mức không chấp nhận

được lên mức độ khá tốt 9 từ 20% lên 78%)

Sự thay đổi trên phụ thuộc vào cường độ và

thời gian xử lí, cường dộ 30W thời gian 4min

là tối ưu nhất

Ưu và nhược điểm

• Ưu điểm:

+ Plasma là công nghệ có tính thực thi cao cho phép thực hiện các nhiệm vụ tạo hình với chất lượng cao mà không thể thực hiện bằng các phương pháp khác + Qúa trình Plasma là quá trình có thể kiểm soát được Điều này cho phép sản xuất đạt được chất lượng cao với khả năng tái sản xuất lớn Khả năng này cũng rất quan trọng trong việc tự động hóa quá trình sản xuất để thích hợp với việc sản xuất công nghiệp qui mô

lớn.

+ Plasma là quá trình thân thiện với môi trường

+ Plasma còn là nguồn ánh sáng có hiệu quả cao, đồng nghĩa với việc giảm tiêu thụ năng lượng do chiếu sáng

Ưu và nhược điểm

• nhược điểm

+ Qúa trình có chi phí sản xuất cao

+ Qúa trình diển ra rất phức tạp

+ Phải mất thời gian dài để xác định các điều

kiện tối ưu cho quá trình

+ Không thể dự đoán dược tính chất polymer tạo thành

Một số hình ảnh về plasma trong thiên nhiên và

trong kĩ thuật