プラズマ活性化
誘電体バリア放電は、誘電体によって分離された2つの電極間で発生する。誘電体バリアが存在するため、このようなプラズマ源は正弦波またはパルス高電圧でのみ動作する。放電の物理的原理によって動作周波数範囲が制限されることはない。一般的に使用されるソリッドステート高電圧電源の典型的な周波数は0.05~500kHzである。5~20kV程度の電圧増幅により、10~100mAの範囲の電流が生成される。誘電体バリア放電の電力は、コロナ放電の電力よりも大幅に高くなるが、アーク放電と比較すると小さくなる。放電は通常、複数の微小放電で構成されるが、均一な放電が発生する場合もある。VBDBの場合に均一性と放電ギャップを増加させるために、予備イオン化システムを使用できる。
官能化に使用されるDBDの他のタイプは、プラズマ・ジェットである。処理面積は、表面または体積DBD放電と比較して小さくなる。
先端の直径が1μm未満のキャピラリー・チューブ(毛細管)で生成されるマイクロ・プラズマ・ジェットは、超微細な大気圧プラズマ・ジェットであり、カーボン・ナノチューブやポリマーなどの材料のマイクロサイズ処理および官能化に優れたツールであることが証明されている。
大気圧でのアーク放電は、大電流 (通常は1Aを超え、場合によっては最大100,000Aに達する) と比較的低い電圧 (通常は10~100V程度) の自己持続型DC(直流)放電(英語版)である。プラズマ種の衝突頻度が高いため、大気圧アークは6,000~12,000°C程度の温度で熱平衡状態にある。強い電界が存在する薄い陽極層と陰極層を除いて、アーク雰囲気の大部分は電気的に中性である。これらの通常は衝突のない層の電圧降下は、約10~20Vである。カソード(陰極)層内で生成されるイオンは、この電圧で加速し、高エネルギーでカソード表面に衝突する。このプロセスはカソードを加熱して熱電子放出を刺激し、高い放電電流を維持する。カソード表面では、電流は1~100μmのサイズの動きの速いスポットに集中する。これらのスポット内で、カソード材料は3000°Cの局所温度に達し、蒸発とゆっくりとしたカソード侵食につながる。
パルス大気圧アーク技術は低電流でのアーク安定性を改善し、放電量を最大化し、同時にプラズマ活性化のための活性(化学)種を生成すると同時に、駆動する高電圧電子機器のサイズを縮小する。これらの要因はそれを産業用アプリケーションにとって経済的に非常に魅力的にする。
表面活性化に電気アークを使用する方法は2つある: 転送されない電気アーク(非転送法)と転送された電気アーク(転送法)。
プラズマ活性化の主な目的の 1 つは、表面エネルギー(英語版)を増加させることである。後者は、表面の濡れ性(英語版)、つまり液体が表面を覆う能力によって特徴付けられる。
表面の濡れ性を評価する方法はいくつかある:
濡れ張力試験では、表面エネルギーの異なる複数の液体を表面に塗布する。テストされた表面を濡らす最低の表面エネルギーを持つ液体は、後者の表面エネルギーを定義する。
表面エネルギーがわかっている液体(e.g.蒸留水)の1滴を試験面に塗布する。
基板表面に対する液滴表面の接触角(英語版)は、基板表面エネルギーを決定する。
一定量の蒸留水を表面にこぼす。 水で覆われた面積によって表面エネルギーが決まる。
傾いている表面に蒸留水を一滴垂らす。液滴がまだ所定の位置に保持されている水平面に対する表面の最大傾斜角度によって、表面エネルギーが決まる。