التصنيع بالبلازما الميكانيكية

تُستخدم تقنية البلازما بشكل شائع في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة السيارات والإلكترونيات الدقيقة والتعبئة والتغليف والأجهزة الطبية، حيث تعد البلازما، إلى جانب المواد الصلبة والسائلة والغازية، حالة من حالات المادة، حيث تحدث التغيرات في الحالة إما عن طريق إضافة أو إزالة الطاقة من مادة ما، على سبيل المثال إذا تمت إضافة طاقة حرارية كافية إلى الماء فإنه يتحول إلى بخار، وإذا تمت إضافة طاقة كافية إلى الغاز، فإن جزيئات الغاز تتأين وتحمل صافي شحنة موجبة، حيث يؤثر التأين الكافي على الخصائص الكهربائية للنظام إلى الحد الذي يصبح فيه بلازما.

ما هي البلازما الميكانيكة

تتكون البلازما من الأيونات الموجبة والإلكترونات السالبة والجزيئات المحايدة والأشعة فوق البنفسجية والجزيئات المثارة، والتي يمكن أن تمتلك كمية هائلة من الطاقة الداخلية، في عملية المعالجة بالبلازما، قد تتفاعل أي من هذه المكونات أو جميعها مع السطح عن طريق اختيار خليط الغاز وكمية الطاقة والضغط الجوي وعوامل أخرى، ويمكن تعديل تأثيرات البلازما حسب الرغبة.

غالبًا ما يتم إجراء معالجة البلازما في غرفة مفرغة، بعد ضخ الهواء خارج الغرفة عن طريق مضخة الفاكيوم، حيث يتدفق الغاز إلى الداخل ويتم تطبيق مجال كهربائي لإنتاج البلازما، حيث تتم معالجة البلازما عادةً في درجات حرارة منخفضة نسبيًا، مما يسمح بمعالجة المواد الحساسة للحرارة.

يتم إجراء معالجة البلازما بما يعرف بالبلازما “النفاثة” في الظروف الطبيعية حيث تعمل هذه البلازما عند الضغط الجوي المحيط وهي مثالية للتطبيق المحلي في عملية الإنتاج المباشر، و من خلال استخدام الأتمتة، وغالبًا ما تستخدم المعالجة بالبلازما لتنظيف الأسطح وتعزيز خصائص التصاقها وإنتاج طبقات رقيقة.

استخدام البلازما في التنظيف

البلازما قادرة على التخلص من الزيوت والشحوم وصولاً إلى المقياس النانوية، حيث يمكن أن تقلل أيضًا من مخاطر التلوث المختلفة بشكل أكثر كفاءة من عمليات التنظيف التقليدية، و ينتج عن التنظيف بالبلازما سطح خالٍ من البقع، ومناسب للحام أو المعالجة الإضافية دون إنتاج مواد ضارة.

الضوء فوق البنفسجي الناتج من البلازما فعال للغاية في كسر الروابط العضوية لملوثات السطح الشائعة، بما في ذلك تلك الموجودة في الزيوت والشحوم، وتؤدي أنواع الأكسجين النشطة في البلازما أيضًا تنظيف مميز للغاية حيث تتفاعل مع الملوثات لتكوين الماء وثاني أكسيد الكربون بشكل أساسي.

تستخدم عملية تنظيف البلازما للمواد سهلة التأكسد مثل الفضة وتستخدم غازات خاملة مثل الأرجون أو الهليوم، في عملية التنظيف هذه، حيث تقوم الأيونات التي يتم تنشيطها بالبلازما بإزالة الملوثات العضوية، مما يؤدي إلى تكسيرها بحيث يمكن تبخيرها وإزالتها من الغرفة.

استخدام البلازما في تنشيط الاسطح

العديد من البوليمرات خاملة ولا تلتصق بسهولة بمواد أخرى، مثل الدهانات والمواد اللاصقة، و من خلال ربط المجموعات الجزيئية القطبية بالبلازما، يمكن أن يتم تنشيط سطح  ويؤدي ذلك إلى زيادة التصاق سطح مادة البوليمر، ويمكن أن يجعل تنشيط سطح البلازما البوليمرات أكثر تقبلاً للطلاءات وعوامل الترابط، و يشيع استخدام الأكسجين في هذه العملية  ومع ذلك  يمكن إجراء العديد من عمليات تنشيط البلازما مع الهواء المحيط فقط ، بمجرد تنشيطها  تظل المواد في حالة التغيير في أي مكان من بضع دقائق إلى عدة أشهر  بناءً على نوع المادة.

استخدام البلازما في الطلاء

تؤدي عملية طلاء البلازما الى تكوين طبقة بوليمر نانوية على سطح الجسم، و تتطلب العملية بضع دقائق فقط لإنتاج طبقة طلاء سمكها أقل من 1/100 من عرض شعرة الإنسان،  حيث ترتبط هذه الطلاءات بالمقياس الذري، وعادة ما تكون شفافة وعديمة الرائحة ولا يمكن اكتشافها بأي طريقة أخرى، تعتبر طلاءات البلازما حاليًا موضوعًا ساخنًا في العديد من المجالات العلمية لأن لها إمكانات هائلة في مجموعة واسعة من التطبيقات.

الاستخدامات المستقبلية المحتملة للبلازما الميكانيكية

يتوقع الكثيرون أن البلازما ستستخدم بطرق جديدة في المستقبل غير البعيد، وأحد الاستخدامات المحتملة هو تدمير النفايات السامة، حيث البلازما قادرة على احتواء طاقة كافية لتغيير الهياكل الذرية للمواد، ويمكن استخدام البلازما للقضاء التام على المواد السامة الضارة للغاية، ويتم استخدام البلازما بالفعل كمشرط دقيق للغاية للعمليات الطبية، يمكن أيضًا استخدام البلازما الساخنة في الطب لكوي الجروح وحفر التجاويف والتعقيم، ويعمل علماء الجسيمات المخضرمون بالفعل مع البلازما لكشف أسرار الكون، حيث لا تزال علم جديد و موضوع ساخن للعلماء لتطوير البشرية وتقدم العلم.