プラズマ活性化
接着、塗装、ワニス、コーティングなどの接着剤結合の品質は、接着剤が基材領域を効率的に覆う (濡らす(英語版) ) 能力に大きく依存する。これは、基材の表面エネルギー(英語版)が接着剤の表面エネルギーよりも大きい場合に発生する。ただし、高強度接着剤は高い表面エネルギーを持っている。したがって、それらの適用は、ポリマー(英語版)などの表面エネルギーの低い材料には問題がある。この問題を解決するために、接着前の下処理として表面処理を行う。有機汚染物質から表面を洗浄し、弱い境界層を除去し、高い表面エネルギーと接着剤への化学的親和性(英語版)を持つ強力な層を基板に化学的に結合し、接着剤による毛細管現象を可能にする表面トポグラフィーを改変する。重要なことは、表面処理によって再現性のある表面が得られ、一貫した接合結果が得られることである。多くの産業では、湿式化学、紫外線への暴露、火炎処理、さまざまなタイプのプラズマ活性化などの表面処理方法が採用されている。プラズマ活性化の利点は、化学物質を使用せずに、必要なすべての活性化目標をワンステップで達成できることである。このように、プラズマ活性化は簡単で、用途が広く、環境に優しいものである。
プラズマ活性化 (またはプラズマ官能化) は、プラズマ処理(英語版)を利用した表面改質(英語版)の方法であり、金属、ガラス、セラミック、幅広いポリマーや繊維、さらには木材や種子などの天然素材など、多くの材料の表面接着(英語版)特性を改善する。プラズマ官能化は、露出した材料の表面に官能基を導入することも指す。工業プロセスで、接着(bonding)、接着(gluing)、コーティング、および塗装用の表面を準備するために広く使用されている。プラズマ処理は、金属酸化物の還元、有機汚染物質からの超微細表面洗浄(英語版)、表面トポグラフィーの修正、および官能基の堆積の組み合わせにより、この効果を実現する。重要なことに、プラズマ活性化は、空気または水素、窒素、酸素などの典型的な工業用ガスを使用して大気圧で実行できる。したがって、表面官能化は、高価な真空装置や湿式化学を使用せずに達成され、コスト、安全性、環境への影響にプラスの影響を与える。高速な処理速度により、多数の産業用アプリケーションがさらに容易になる。
大気圧では、電子とガス分子の間の衝突頻度が高いため、電子が高エネルギーに達することが妨げられる。典型的な電子エネルギーは、10~20eVに達する厚さ10~30μmの電極層を除いて、1eVのオーダーである。コロナおよび誘電体バリア放電における個々のフィラメントの低電流により、放電容積内に存在するガスは電子との熱平衡に達せず、冷たいままである。その温度は通常、室温から数10°Cしか上昇しない。一方、アーク放電の大電流により、電子が6,000 ~12,000°Cの温度に達すると、アーク雰囲気全体が熱的に平衡になる。ただし、アーク雰囲気を離れた後、このガスは基板に接触する前に数100°Cまで急速に冷却される。
非平衡電子およびイオンガスの温度について話すのは正しくないが、温度の概念は、粒子の平均エネルギーを定義するため、放電の物理的条件を説明するものである。