เฟลมพลาสมา Pyrosil

การปรับสภาพด้วย PYROSIL คือกระบวนการเคลือบไอเคมีจากการเผาไหม้ (CCVD) ที่ใช้เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะบนพื้นผิวที่จะนำไปยึดติด PYROSIL เป็นกระบวนการพลาสมาแบบเรืองแสงที่ดำเนินการที่สภาวะแวดล้อมปกติ การปรับสภาพด้วย PYROSIL เป็นเทคนิคดัดแปรพื้นผิวที่เคลือบชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) แบบอสัณฐานลงบนพื้นผิววัสดุรองรับผ่านกระบวนการ CCVD บริษัท SURA Instruments GmbH พัฒนาอุปกรณ์และกระบวนการนี้ในทศวรรษ 1980 ซึ่งนำไปสู่การนำเทคโนโลยีนี้ออกสู่เชิงพาณิชย์ได้สำเร็จเป็นครั้งแรกเพื่อเพิ่มการยึดติดด้วยกาว ด้วยการไพโรไลซิสด้วยเปลวไฟ สามารถสร้างชั้นบางของซิลิโคนออกไซด์ที่ว่องไวสูงและไม่ชอบน้ำหนา 5 ถึง 100 nm บนวัสดุรองรับได้ ผลที่ตามมาคือเกิดพื้นผิวชอบน้ำที่ชัดเจน เนื่องจากความหนาแน่นสูงของหมู่ Si-OH บนผิวอนุภาค SiO2 ที่เคลือบไว้ ประกอบกับความขรุขระระดับนาโน ฟิล์มที่มีซิลิกอนเป็นองค์ประกอบมีการใช้งานหลากหลายทั้งกับพอลิเมอร์ แก้ว เซรามิก และโลหะ ในกระบวนการนี้ ผลิตภัณฑ์ที่จะปรับสภาพจะถูกป้อนผ่านเปลวไฟก๊าซแบบราบเรียบที่เจือด้วยสารตั้งต้นที่มีซิลิกอน (PYROSIL) ในลักษณะคล้ายกับการปรับสภาพด้วยเปลวไฟแบบดั้งเดิม เนื่องจากเปลวไฟสัมผัสวัสดุรองรับในช่วงสั้นมาก กระบวนการนี้จึงใช้ได้กับวัสดุพลาสติกที่ไวต่ออุณหภูมิ

การเคลือบไอเคมีจากการเผาไหม้ (CCVD) เป็นกระบวนการทางเคมีที่เคลือบฟิล์มบางลงบนวัสดุรองรับในบรรยากาศเปิด ในกระบวนการ CCVD จะเติมสารประกอบตั้งต้นลงในก๊าซที่กำลังเผาไหม้ และเคลื่อนเปลวไฟให้อยู่ใกล้เหนือพื้นผิวที่จะเคลือบ พลังงานสูงภายในเปลวไฟจะเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นสารมัธยันตร์ที่ว่องไวสูง ซึ่งทำปฏิกิริยากับวัสดุรองรับได้ง่ายและเกิดเป็นชั้นเคลือบที่ยึดแน่น โครงสร้างจุลภาคและความหนาของชั้นที่เคลือบถูกควบคุมด้วยพารามิเตอร์กระบวนการ ได้แก่ ความเร็วของวัสดุรองรับหรือเปลวไฟ จำนวนรอบที่ผ่าน อุณหภูมิวัสดุรองรับ และระยะห่างระหว่างเปลวไฟกับวัสดุรองรับ ชั้นซิลิกอนไดออกไซด์เป็นชั้นที่เคลือบกันมากที่สุด ชั้นที่เพิ่งเคลือบใหม่มีความว่องไวสูงจึงใช้เป็นชั้นส่งเสริมการยึดเกาะสำหรับการเคลือบพอลิเมอร์และการยึดติดได้

PYROSIL เทียบกับการปรับสภาพด้วยเปลวไฟ

PYROSIL และการปรับสภาพด้วยเฟลมพลาสมาแบบดั้งเดิมมีความคล้ายคลึงกันในเชิงกระบวนการ แต่เคมีของเปลวไฟและกลไกการสร้างหมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวแตกต่างกัน ทั้งสองวิธีเป็นกระบวนการออกซิเดชันพื้นผิวในเฟสก๊าซ ซึ่งการเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนภายใต้สภาวะควบคุมจะสร้างเฟลมพลาสมาที่ดัดแปรพื้นผิววัสดุรองรับ เปลวไฟราบเรียบแบบผสมล่วงหน้าให้ปฏิกิริยาคายความร้อน เปลวไฟ PYROSIL มีสีชมพู ขณะที่เปลวไฟของการปรับสภาพแบบดั้งเดิมมีสีออกน้ำเงิน ดูภาพที่ 1 ความแตกต่างหลักคือ PYROSIL สร้าง SiO2 ส่วนการปรับสภาพด้วยเปลวไฟไม่สร้าง จึงเกิดพื้นผิวชอบน้ำที่ชัดเจนเนื่องจากความหนาแน่นสูงของหมู่ Si–OH บนผิวอนุภาค SiO2 ที่เคลือบไว้ ทั้งสองวิธีใช้อุปกรณ์เผาไหม้ หัวเผาแบบริบบิ้น และการตั้งค่าควบคุมกระบวนการที่คล้ายกัน ตัวแปรควบคุมหลักสามประการคือ เคมีของเปลวไฟ ระยะห่างของวัสดุรองรับจากเปลวไฟ และเวลาที่สัมผัสในการปรับสภาพ การปรับสภาพต้องเกิดขึ้นในโซนเรืองแสงของปฏิกิริยาหลักหรือโซนออกซิไดซ์

สำหรับ PYROSIL สมการหนึ่งของการเผาไหม้สารประกอบออร์แกโนซิลิกอนเตตระเมทิลไซเลน (TMS) และการเกิด SiO2 คือ:

Si(CH3)4 + 13 O2 + C3H8 — SiO2 + 10 H2O + 7 CO2

สำหรับการปรับสภาพด้วยเปลวไฟจากก๊าซธรรมชาติ สมการต่อไปนี้อธิบายปฏิกิริยาการเผาไหม้:

CH4 + 2O2 + 8N2 — CO2 + 2H2O + 8N2

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทั้งสองให้ผลพลอยได้เป็น CO2 และ H2O

พลาสมาความดันบรรยากาศ

เฟลมพลาสมา

รังสี UV และโอโซน

การปรับสภาพด้วยโคโรนา

ฟลูออโรออกซิเดชัน

พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้า

พลาสมาแก๊สเย็น