Atmospheric pressure plasma treatment of metal surfaces by DCSBD plasma source: effects of plasma treatment and aging effect of plasma treated surfaces

Mgr. Vadym Prysiazhnyi, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Tato doktorská práce je zaměřena na opracování různých kovových materiálů v plazmatu za atmosférického tlaku. Naleznete zde kvalitativní a kvantitativní popis povrchových úprav pomocí atmosférického plazmatu. Pro plazmové úpravy je použita specifická konfigurace povrchového dielektrického výboje, který je typický pro tento druh aplikací. Cílem této práce je detailní popis vlivu atmosférického plazmatu na několik druhů kovových povrchů a popis vlastností povrchů po plazmové úpravě (snížení smáčivosti tzv. hydrophobic recovery nebo efekt stárnutí), kdy podobně jako polymery, kovové povrchy ztrácejí své plazmatem získané vlastnosti, např. zvýšenou smáčivost. Aby bylo možné popsat vliv plazmatu na studovaný povrch, byly měněny parametry plazmatu (výkon, vzdálenosti, expozice, pracovní plyny), druhy substrátů a vnější podmínky uskladňování při studiu efektu stárnutí. Kvůli specifické geometrii elektrody bylo těžké charakterizovat samotné plazma (vzorek byl umístěn 0,3 mm od elektrody). Moje práce se skládá ze 6 kapitol. Těchto 6 kapitol je strukturováno stejným způsobem, který se používá v odborných článcích. Práce začíná přehledným úvodem, následuje přehled literatury. Další část tvoří popis plazmového zdroje a detailní popis jednotlivých metod použitých pro charakterizaci povrchů. Poslední část představují výsledky, diskuze a závěrečné shrnutí.

Abstract:

This doctoral dissertation is focused on the atmospheric pressure plasma treatments of different metallic substrates. Here you can find a qualitative and quantitative description of the surface treatments using atmospheric plasma. A specific configuration of surface dielectric barrier discharge is used for plasma treatments. This type of discharge is quite typical for such applications. The new impacts of this research are detailed description of atmospheric pressure plasma on few metallic surfaces (while in close works typically one substrate was studied) and the description of surface after the plasma exposure (hydrophobic recovery or the so-called aging effect), when similarly to polymers, metallic surfaces “lose” their enhanced surface properties, like increased wettability, for example. To describe the plasma effects I tried to vary plasma parameters (power, distance, time, gas), type of substrates (thin films, bulk materials) as well as storage environments to study the aging effect. Due to specific plasma geometry it was hard to get into plasma to characterize it (samples were located on the distance of 0.3 mm from the plasma electrode), therefore mostly surface characterization was done. My thesis consists of 6 chapters. These 6 chapters are built with the same structure as typical research article. It starts with short introduction, followed by wide literature review. Then goes description of the plasma source as well as details about the surface characterization techniques. Final parts are results, discussion and summary.

Keywords

atmospheric pressure plasma, surface treatment, metal surface, aging effect, surface hydrophilization, hydrophobic recovery

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 9. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 3. 10. 2012
• Supervisor: prof. RNDr. Mirko Černák, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Vratislav Kapička, DrSc., doc. RNDr. Anna Zahoranová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Plasma Physics