Elektromos gázkisülések biomedikai és nanotechnológiai célokra
Kapcsolattartó: Kutasi Kinga
A kémiailag aktív részecskéket tartalmazó kisülési plazmák számos területen találnak alkalmazásra, pl. a kémiailag aktív oxigén atomot tartalmazó kisülés alkalmas plazma alapú sterilizálásra (baktériumok inaktiválására és biológiai szennyeződéseknek: prionok, pirogének, felületekről való eltávolítására), fémoxid nanohuzalok előállítására, oxid vékonyrétegek leválasztására, polimerek funkcionalizálására, szerves szennyeződések eltávolítására, kompozitok szelektív maratására, fémek passziválására, felületek aktiválására és gyapjú kezelésére; a CH gyököket tartalmazó kisülések ugyanakkor alkalmasak biokompatibilis vékonyrétegek leválasztására. A lejátszódó folyamatok általában a kémialiag aktív részecskék és a plazmában jelenlévő ionok, illetve UV sugárzás együttes hatásának köszönhetőek, így az alkalmazásokban különböző gázkeverékű kisülések használandók.
Reaktív gázokban keltett kisülések esetén, a kisülésben keletkezett kémiailag aktív részecskék kölcsönhatnak a gáztérbe helyezett elektródákkal és ennek következtében a kisülés működése instabillá válhat. Ezért az elektróda nélküli kisülések képezik az egyik legstabilabb, kémiailag aktív és sugárzó részecskéket nagy sűrűségben tartlamazó plazmaforrást. Az elektróda nélküli kisülések legújabb generációja a nagyfrekvenciás elektromágneses hullámmal keltett és felülethullámmal fentartott kisülések. Nem-ionizáló felülethullámal, amely a plazmaoszlop és az őt körülvevő dielektrikum határán terjed, hosszú plazmaoszlopot lehet létrehozni. Ilyen felülethullámmal keltett kisülések széles nyomástartományban működhetnek (ez egyik nagy előnyük a többi kisüléssel szemben), alacsony 10-5 Torr gáznyomástól az atmoszférikus nyomás többszöröséig a kisülési cső átmérőjétől függően. Számos alkalmazás – különböző okokból kifolyólag, mint pl. túl magas gázhőmérséklet az aktív kisülési térrészben, vagy a kezelendő felületet roncsoló nagyenergiájú ionok jelenléte – nem az aktív kisülési térrészt, hanem az áramló utókisülést alkalmazza. Ha a kisülést áramló gázban hozzuk létre, a gázáram a plazmában keletkezett aktív részecskéket egy távoli reaktorba szállíthatja, amelynek jóval nagyobb méretei lehetnek mint a kisülésnek, pl. 60×30×28 cm3 a 6 mm átmérőjű és 10 cm hosszú csővel szemben. Alacsony nyomáson az alkalmazástól függően vagy a kisebb térfogatú közeli utókisülési térrészt, vagy a nagyobb térfogatú távoli utókisülési térrészt használhatjuk, melyeknek plazmaösszetétele különböző. Atmoszférikus nyomáson a kisülés folytatásaként kialakult plazmasugár alkalmazható.
Utókisülési elrendezés
Mivel minden alkalmazási folyamatban más-más részecskék, illetve részecske csoportok játszanak szerepet, a különböző alkalmazások különböző plazmaösszetételt igényelnek. A kisülések és azok utókisüléseinek különböző kisülési feltételek mellett történő részletes jellemzése lehetőséget ad arra, hogy az adott alkalmazáshoz ki tudjuk választani a legmegfelelőbb kisülési rendszert. A részecskesűrűségek ismerete a rendszer minden egyes pozíciójában segít megérteni a különböző részecskék és folyamatok szerepét az egyes alkalmazásokban. Az elmúlt években olyan kisüléseket és kisülési rendszereket vizsgáltunk, meghatározva a részecskék eloszlását az egész rendszer mentén, amelyek alkalmasak plazma alapú sterilizálásra, felületek kezelésére és nanostrukturák kialakítására. Ezek az alkalmazások a kisülésben lévő N, O atomokat, Ar+ ionokat és UV fotonokat (Ar rezonáns állapotú atomoknak, illetve NO(A) és NO(B) molekuláknak köszönhetően) hasznosítják.
Publikációk:
1. C. D. Pintassilgo, K. Kutasi, J. Loureiro: Modelling of a low pressure N2-O2 discharge and post-discharge reactor for plasma sterilization, Plasma Sources Sci. and Technol 16 S115 (2007) [2.120]
2. K. Kutasi and J. Loureiro: Role of the wall reactor material on the species density distributions in an N2-O2 post-discharge for plasma sterilization, J.Phys.D : Appl. Phys. 40 5612 (2007) [2.2]
3. K. Kutasi, B. Saoudi, C. D. Pintassilgo, J. Loureiro, M. Moisan: “Modelling the low-pressure N2-O2 plasma afterglow to determine the kinetic mechanisms controlling the UV emission intensity and its spatial distribution for achieving an efficient sterilization process”, Plasma Processes and Polymers 5 840 (2008) [2.921]
4. K. Kutasi, C. D. Pintassilgo, J. Loureiro:” An overview of modelling of low-pressure post-discharge systems used for plasma sterilization”, 2nd Int. Workshop on Non-equilibrium Processes in Plasmas and Environmental Science, Journal of Physics: Conference Series 162 (2009) 012008
5. V. Guerra, K. Kutasi, P. A. Sá “O2(a1 ∆g ) production in flowing Ar-O2 surface-wave microwave discharges: possible use for oxygen-iodine laser excitation” Applied Physics Letters 96 071503 (2010) [3.554]
6. K. Kutasi, V. Guerra, P Sá “Theoretical insight into Ar-O2 surface-wave microwave discharges” J. Phys. D: Appl. Phys. 43 175201 (2010) [2.083]
7. K. Kutasi, V. Guerra, P Sá “Active species downstream an Ar-O2 surface-wave microwave discharge for biomedicine, surface treatment and nanostructuring” Plasma Sources Sci. Technol 20 (2011) [2.384]
8. K. Kutasi “Composition of a plasma generated from N2 -O2 by an Ar ion jet in a low pressure reactor” J. Phys. D: Appl. Phys. 43 055201 (2010) [2.083]
9. K. Kutasi “Modelling of NO destruction in a low pressure reactor by an Ar plasma jet: species abundances in the reactor” J. Phys. D: Appl. Phys 44 105202 (2011) [2.083]
