ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Теоретическая часть
1.1. Краткий обзор Экспериментов с пылевой плазмой
1.2. Имеющийся опыт по модификации поверхности полимерных материалов.
Выводы к главе 1
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Описание проведенного эксперимента
2.2. Сканирование частиц с помощью электронного микроскопа
2.3. Компьютерная обработка данных анализа полей высот
Выводы к главе 2
Глава 3. Анализ и обсуждение результатов эксперимента
3.1. Анализ полученных результатов
3.2. Обсуждение возможных механизмов модификации
3.3. Перспективы дальнейшей работы
Выводы к главе 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Пылевая плазма, как и обычная плазма является ионизированным газом, только в
отличие от нее она содержит в себе еще и пылевую компоненту – левитирующие заряженные
макроскопические частицы конденсированного вещества. Эти частицы создают в плазме
структуры различной степени упорядоченности. Изучение пылевой плазмы бурно
развивается, поскольку такое состояние очень распространено во вселенной, в основном в
астрообъектах, таких, как кометные хвосты, кольца планет, межзвездные облака. Звёзды –
это сгустки плазмы, ионизованного газа с температурой в десятки и сотни миллионов
градусов. По оценкам, если не учитывать темную материю, в нем находится более 95%
материи.
Для изучения свойств пылевой плазмы ее создают в лабораторных условиях,
используя плазму тлеющего или ВЧ разряда и различные по размеру, форме и составу
микрочастицы. Такую лабораторную пылевую плазму часто называют комплексной плазмой.
Пылевая компонента вносит в свойства плазмы кардинальные изменения, коренным образом
отличающие комплексную плазму от обычной многокомпонентной.
Свойства плазмы составляют основу современных технологий, область применения
которых обширна. Актуальность данной области физики плазмы заключается в наличии
пылевых частиц в различных технологических процессах, связанных с плазмой (плазменное
травление, производство микрочипов, плазменное напыление, производстве тонких пленок и
наночастиц), что часто может играть для этих процессов очень важную роль [1].
Также можно сказать, что при изучении пылевой плазмы возникают все новые и
новые возможности для ее применения, например для сортировки пылевой компоненты или,
как в данной работе, для травления поверхностей микрочастиц, изменения их заряда и
размера.
Все это объясняет то, что после 1924 года и первого наблюдения пылевой плазмы
Ленгмюром, эта область получила широкое развитие в 1990-х годах, когда была обнаружена
кристаллизация пылевой компонент. Она активно развивается по сей день, и сейчас в ней
совершаются удивительные открытия, наблюдаются необычные явления, требующие
понимания и объяснения. Благодаря уникальным свойствам пылевой плазмы и простоте ее
лабораторного получения она успешно применяется для решения многих фундаментальных и прикладных задач.
В настоящей работе исследовано изменение текстуры поверхности полимерных
частиц MF-R в пылевой плазме.
В ходе серии экспериментов монодисперсные сферические частицы меламинформальдегида вбрасывались в плазму тлеющего разряда в неоне, реализованную в
специальной разрядной камере, модифицированной для возможности осуществления сбора
пылевых гранул. При подобранном токе разряда и давлении газа в этой камере частицы
зависали в так называемых плазменно-пылевых ловушках и находились под воздействием
плазмы в течение времени, меняющегося в пределах от 5 до 25 мин. После этого частицы
извлекались, а собранный материал изучался с помощью растрового сканирующего
электронного микроскопа. Полученные изображения обрабатывались специальной
программой для анализа полей высот и изображений Gwyddion.
В качестве полученных результатов установлена зависимость изменения диаметра и
шероховатости поверхности от времени пребывания частиц в пылевой плазме. Обнаружено,
что усредненные на длине оценки абсолютные отклонения всех точек профиля поверхности
находились в наноразмерном диапазоне. После 20 минут нахождения в плазме оба этих
значения увеличились более чем в 2 раза. Установлено время полной деградации частиц в
условиях эксперимента, оно составило около 30 минут.
По итогам проведенного эксперимента была опубликована статья, с которой можно
ознакомиться в приложении, а также определены перспективы дальнейшей работы, сделаны
предположения о возможных причинах модификации поверхности частиц.
Работа выполнена при поддержке РНФ, грант № 14-12-00094 «Исследование
неравновесных самоорганизованных систем в низкотемпературной плазме»
