Diagnostika a aplikace výbojů generovaných za atmosférického tlaku

Mgr. Vlasta Štěpánová, Ph.D.

Doctoral thesis

Diagnostics and applications of discharges generated at atmospheric pressure

Abstract:

V této dizertační práci se věnujeme diagnostice a aplikacím plazmatu generovaného ve vzduchu za atmosférického tlaku. Zkoumanými výboji byly a) difúzní koplanární povrchový bariérový výboj v rovinné i zakřivené konfiguraci a b) objemový dielektrický bariérový výboj označovaný jako průmyslová korona. V rámci diagnostiky plazmatu jsme se zabývali optickou emisní spektroskopií, měřením teploty povrchu dielektrické bariéry termokamerou a vyhodnocením množství generovaných mikrovýbojů v závislosti na dodávaném příkonu. V další části jsme pomocí různých metod povrchové analýzy vyhodnocovali účinky těchto výbojů na několik typů substrátů, konkrétně na přírodní usně, osivo zeleniny a speciální typ papíru s pigmentovým povlakem. Zabývali jsme se změnou smáčivosti těchto substrátů pomocí měření kontaktního úhlu, nebo povrchové energie. Studovali jsme také změnu chemického složení povrchu prostřednictvím XPS, a v případě usní i změnu mechanických vlastností. U plazmově opracovaných vzorků jsme sledovali i morfologii povrchu pomocí elektronové mikroskopie, případně mikroskopie atomárních sil. V závislosti na konkrétní aplikaci jsme používali expoziční časy plazmové úpravy v řádu jednotek až desítek sekund. V případě průmyslové korony dokonce i v desetinách sekund. Časově náročné bylo zejména vyhodnocování efektu stárnutí plazmové úpravy pro různé kombinace parametrů realizované prostřednictvím měření kontaktního úhlu. Cílem práce bylo nalézt optimální parametry plazmové úpravy pro dosažení chtěných změn povrchových vlastností zkoumaných materiálů. Vlivem plazmové úpravy došlo ke změně smáčivosti zkoumaných materiálů, pozorovali jsme změny chemických vazeb na povrchu, ale morfologie povrchu substrátu zůstala nezměněna.

Abstract:

In this thesis we study the diagnostics and applications of plasma discharges generated at atmospheric pressure in ambient air. Examined discharges were a) diffuse coplanar surface barrier discharge (DCSBD) and b) volume dielectric barrier discharge referred to as industrial corona. Optical emission spectroscopy, temperature measurement of dielectric barrier surface with thermocamera and percentage of generated discharges in dependance on input power were used for plasma diagnostics. The effect of plasma treatment on a few types of substrates as natural leather, vegetable seeds and special type of clay-coated paper was evaluated using different methods of surface analysis. Observed parameters were change of surface wettability of mentioned substrates using contact angle measurements or surface energy evaluation, and change of surface chemical composition using XPS analysis. Moreover, mechanical properties were studied in case of leather samples. Surface morphology of plasma treated samples was evaluated with electron microscopy, eventually atomic force microscopy. Exposure times in order of units to tens of seconds were used in dependance on the specific application and in case of industrial corona treatment in order of tenths of a seconds. The evaluation of aging effect of plasma treatment for different combinations of parameters was realized through contact angle measurement. The aim of this thesis was to find optimal parameters of plasma treatment for achievement of requested surface properties changes of examined materials. The wettability of studied materials was changed due to plasma treatment as well as chemical bonds on the surface, however surface morphology of substrates remained unchanged.

Keywords

atmosférické plazma, DCSBD, průmyslová korona, diagnostika plazmatu, plazmová úprava, biomateriály, povrchová analýza, kontaktní úhel, smáčivost, mechanické vlastnosti, adheze, atmospheric plasma, industrial corona, plasma diagnostics, plasma treatment, biomaterials, surface analysis, contact angle, wettability, mechanical properties, adhesion

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 10. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 10. 12. 2018
• Supervisor: doc. Mgr. Pavel Slavíček, Ph.D.
• Reader: doc. Mgr. Aleš Mráček, Ph.D., doc. RNDr. Anna Zahoranová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

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