Plazmová nanomodifikace povrchu materiálů

1. Plazmová nanomodifikace povrchu materiálů Prof. RNDr. Mirko Černák, CSc.

2. Plazmová nanomodifikace povrchu materiálů • V současné době neexistuje žádná všeobecně uznávaná definice nanotechnologie. Existuje mnoho definic, které se více nebo méně liší • Nanotechnologie však není nová vědecká disciplína • V americkém programu “Národní nanotechnologická iniciativa (NNI)” (ve znění z března 2004) je použita tato definice: Nanotechnologie je výzkum a technologický vývoj na atomové, molekulárnínebo makromolekulární úrovni, v rozměrové škále přibližně 1–100 nm. Je totéž vytváření a používání struktur, zařízení a systémů, které mají v důsledkusvých malých nebo intermediárních rozměrů nové vlastnosti a funkce. Je torovněž dovednost manipulovat s objekty na atomové úrovni.

3. Plazmová nanomodifikace povrchu materiálů • Pojem „nanotechnologie“ se obvykle používá jako společný pojem, který zahrnuje různé obory nanovědy a nanotechnologie • Jedná se o interdisciplinární a průřezovou technologii • Oblast nanomateriálů je zaměřena na zkoumání a vývoj nových druhů materiálových systémů, jejichž podstatné vlastnosti vyplývají z rozměrů jejich složek v nanometrech

4. Plazmové nanotechnologie • Proč „plazmová nanotechnologie“? • Plazma lze s výhodou použít např.: • na přípravu nanoprášku, fullerenů, nanotrubek, nanovláken, …

5. Plazmové nanotechnologie • Při vhodně zvolených podmínkách je možné při interakci nerovnovážného plazmatu s povrchem dosáhnout žádané změny vlastností povrchu ve vrstvě o hloubce řádově 10 nm, při čemž se však prakticky nezmění objemové vlastnosti materiálu

6. Plazmová nanomodifikace povrchu polymerních materiálů • Důvody: • polymerní povrchy jsou obvykle „složitější“ • v důsledku jejich citlivosti na vysokou teplotu je jejich plazmová úprava komplikovanější • až 70% výrobků z polymerních materiálů se povrchově upravuje • povrchová úprava polymerních materiálů plazmatem má v průmyslu mnoho aplikací

7. Struktura polymerních materiálů • Dlouhé lineární molekuly někdy navzájem propojené, tj. zesíťované kovalentními vazbami (např. termosety) • Zesíťování (cross-linking)

8. Interakce plazmatu s povrchem polymerních materiálů

9. Interakce plazmatu s povrchem polymerních materiálů

10. Čištění/leptání • Povrch polymerních materiálů je pokrytý zoxidovanou vrstvou nízkomolekulárního polymeru, který vzniká např. při extruzi a zmenšuje adhezi k následné povrchové úpravě • „Photoresistashing“ – odleptání fotorezistu

11. Aktivace/funkcionalizace povrchu polymeru • definice aktivace: • vytváření volných radikálů na povrchu polymeru fyzikálním účinkem chemicky inertního plazmatu • následně po vystavení chemicky reaktivní plynné atmosféře nastává funkcionalizace – problém „Plasma ZOO“

12. Aktivace/funkcionalizace povrchu polymeru • definice funkcionalizace: • vytváření chemicky odlišných povrchových skupin účinkem chemicky aktivního plazmatu (obvykle hydrofilizace povrchu polymeru) • významný problém stárnutí hydrofilní funkcionalizace (hydrophobic recovery)

13. Roubování (grafting) Depozice nanovrstev plazmovou polymerizací

14. Příklady zajímavých moderních procesů • Samočistící povrchy: Lotus efekt • objevil a vysvětlil Wilhelm Barthlott, Bonn Institute of Botany v r. 1990 • „trik“ - superhydrofobní povrch (hydrofobní a drsný povrch)

15. 3 příklady

16. Příklady zajímavých moderních procesů • Imobilizace nanoprášku na povrch plazmově aktivovaných polymerních vláken • nanočástice Ag – antimikrobiální účinky • nanočástice TiO2 – samočistící účinky • nanočástice oxidů železa - magnetické textilie

17. Příklady zajímavých moderních procesů • Vlákna netkané textilie funkcionalizované v DCSBS a následně pokryté vrstvou nanočástic TiO2 z vodné suspenze (fotky před a po praní) • mechanismus pevné imobilizace nanočástic není znám

18. J.J.Roth: „Vývoj zdrojů plazmatu pracujících za atmosférického tlaku s cílem nahradit drahé aplikace plazmatu za nízkých tlaků je současným trendem v průmyslových aplikacích plazmatu.“ • Díky výsledkům výzkumu v oblasti fyziky elektrických výbojů je možné diskutované plazmové nanomodifikace povrchů realizovat průmyslově za atmosférického tlaku při nízkých cenách a krátkých expozičních časech (řádově 0,1 s)

19. Kolektiv na Ústavu fyzikální elektroniky patří mezi vedoucí pracoviště v oblasti in-line průmyslových plazmových nanomodifikací povrchů • V návaznosti na téměř 30-roční tradici výzkumu v oblasti plazmových povrchových úprav na ÚFE (Prof. Truneček, Prof. Kapička a Prof. Janča) bude hlavním cílem připravovaného Regionálního VaV centra pro nízkonákladové plazmové a nanotechnologické povrchové úpravy především VaV in-line průmyslových aplikací těchto technologií

20. Děkuji za pozornost!