מהי טכנולוגיית פלזמה קרה?

טכנולוגיית פלזמה קרה(ידוע גם בשםפלזמה לא תרמיתאוֹפלזמה בטמפרטורה נמוכה) הוא מצב של חומר בו גז מיונן חלקית, ומייצר תערובת ייחודית של מינים תגובייםלְלֹאחימום משמעותי של הגז בתפזורת. הנה פירוט:

1. מושג ליבה:

   • פלזמה נקראת לעתים קרובות "מצב החומר הרביעי" (מעבר למוצק, נוזלי, גז). זה מורכב מיונים, אלקטרונים חופשיים, אטומים/מולקולות ניטרליות ומינים נרגשים שונים.

   • בפלזמה תרמית/חמה(כמו בקשתות ריתוך או ברק), כל החלקיקים (אלקטרונים, יונים, נייטרלים) נמצאים בשיווי משקל תרמי כמעט בטמפרטורות גבוהות מאוד (אלפי מעלות צלזיוס).

   • פלזמה קרהמשיג מצב שאינו שיווי משקל. האלקטרונים הם מלאים מאוד (10,000-100,000+ מעלות צלזיוס שווה ערך), אך היונים הכבדים יותר ומולקולות הגז הנייטרליות נשארים קרובים לטמפרטורת החדר (בדרך כלל 25-60 מעלות צלזיוס). זה המפתח.

2. איך זה נוצר:

   • נוצר על ידי יישום שדה חשמלי חזק (AC, DC, פועם, מיקרוגל, RF) על גז (בדרך כלל אוויר, חמצן, חנקן, ארגון, הליום או תערובות) בלחץ אטמוספרי או בלחץ נמוך.

   • שיטות דור נפוצות:

     • פריקת מחסום דיאלקטרי (DBD):אלקטרודות מופרדות על ידי מחסום דיאלקטרי ופער גז. יוצר פלזמה נימה או מפוזרת.

     • סילון פלזמה בלחץ אטמוספרי (APPJ):גז זורם דרך אלקטרודות, ומייצר פלומה של פלזמה המכוונת למטרה.

     • פריקה של קורונה:אלקטרודה מתח גבוהה עם נקודה חדה יוצרת פלזמה ליד הקצה.

     • פלזמת RF משולבת באופן קיבולי או אינדוקטיבי.

3. רכיבי מפתח וסוכנים פעילים:

   • אלקטרונים אנרגטיים:כונן תגובות.

   • מיני חמצן תגובתי (ROS):אוזון (O₃), חמצן אטומי (O), חמצן יחיד (¹O₂), סופרוקסיד (O₂⁻), רדיקלים הידרוקסיליים (· OH).

   • מיני חנקן תגובתי (RNS):תחמוצת החנקן (NO), חנקן דו חמצני (NO₂), peroxynitrite (Onoo⁻).

   • פוטוני UV:נפלט במהלך הרפיה של מינים נרגשים.

   • חלקיקים טעונים (יונים ואלקטרונים):יכול לקיים אינטראקציה עם משטחים.

   • שדות חשמליים.

4. מדוע זה חזק וייחודי:

   • טמפרטורה נמוכה:יכול לטפל בחומרים רגישים לחום (פלסטיקה, רקמות ביולוגיות, מזון) ללא נזק תרמי.

   • כימיה תגובית:הקוקטייל של ROS, RNS, UV ו- INS יכול ביעילות:

     • הרוג מיקרואורגניזמים (חיידקים, וירוסים, פטריות, נבגים).

     • שנה את מאפייני פני השטח (שפר את הרטיבות, הדבקה, יכולת הדפסה).

     • משפיל מזהמים ורעלים.

     • לקדם תגובות כימיות ספציפיות.

     • לעורר תהליכים ביולוגיים (למשל, ריפוי פצעים, נביטת זרעים).

   • תהליך יבש:לעתים קרובות לא דורש נוזלים או כימיקלים קשים.

   • מהיר ויעיל:תגובות בדרך כלל מתרחשות במהירות.

   • ידידותי לסביבה:בדרך כלל מייצרת פסולת מינימלית בהשוואה לשיטות כימיות; נוצר אוזון/RNS מתפרק באופן טבעי.

5. יישומים עיקריים:

   • עיקור וטיהור:מכשירים רפואיים, חומרי אריזה, משטחי בית חולים, משטחי מזון (פירות, ירקות, בשר), טיפול במים, טיהור אוויר.

   • רפואה (רפואת פלזמה):ריפוי פצעים וחיטוי (פצעים כרוניים, כוויות), מחקר לטיפול בסרטן, רפואת שיניים, טיפול בעור, קרישת דם.

   • עיבוד חומרים ושינוי פני השטח:שיפור ההדבקה לצבעים/ציפויים/דבקים, שיפור דיביליות טקסטיל, משטחי ניקוי, יצירת ציפויים פונקציונליים.

   • תעשיית המזון:הרחבת חיי המדף על ידי הריגת פתוגנים ואורגניזמים מקלקלים על תוצרת, בשר ואריזה; שיפור נביטת זרעים; השפלה של mycotoxin.

   • חַקלָאוּת:טיפול בזרעים לשיפור הצמיחה/התנגדות, בקרת מחלות צמחים.

   • תיקון סביבתי:פירוק תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) באוויר, ומשפיל מזהמים אורגניים במים.

   • אֶלֶקטרוֹנִיקָה:תחריט, תצהיר, ניקוי פלים ורכיבים.

   • אֵנֶרְגִיָה:רפורמת דלק, שיפור בעירה.

במהות:טכנולוגיית הפלזמה הקרה רותמת את התגובה החזקה של גז מיונן חלקית בטמפרטורה קרובה לחדר. הוא מציע אלטרנטיבה רב-תכליתית, יעילה ולעתים קרובות ידידותית לסביבה לתהליכים תרמיים, כימיים או קרינה מסורתיים על פני שדות מגוונים, במיוחד כאשר רגישות לחום או שאריות כימיות הם חששות עיקריים. זהו תחום מתקדם במהירות של מחקר ויישום תעשייתי.