Als Plasma bezeichnet man in der Physik ein (teilweise) ionisiertes Gas, welches aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften auch als vierter Aggregatzustand der Materie bezeichnet wird.
Wird ein Festkörper erhitzt, so geht er üblicherweise zunächst in seinen flüssigen Aggregatzustand über und bei höherer Temperatur in den gasförmigen Zustand. Wird dem Gas darüber hinaus mehr Energie zugeführt, so wird es elektrisch leitend, wobei es sich nach außen weiterhin elektrisch neutral verhält. In diesem Zustand koexistieren positiv geladene Ionen, Elektronen und Neutralteilchen nebeneinander.
Klassische Beispiele für natürliche Plasmen sind Sterne, Blitze oder in besonders farbenprächtiger Form als Polarlicht. Künstliche Plasmen aus unserem alltäglichen Umfeld sind z.B. Neonröhren oder Entladungsbögen.
Der Begriff Plasma umfasst einen großen Bereich an Systemen, die sich in ihrer Dichte und Temperatur um mehrere Größenordnungen variieren können. Einige Plasmen sind sehr heiß und all ihre Partikelspezies (Ionen, Elektronen und Neutralteilchen) befinden sich im thermischen Gleichgewicht. Andere Plasmen, wie z.B. Niederdruckplasmen (bei 100 Pa) befinden sich nicht im thermischen Gleichgewichtszustand. Bei entsprechender äußerer Anregung können die Elektronen kinetische Energien in der Größenordnung mehrerer Elektronenvolt aufnehmen, was mehreren 1000 K entspricht. Die Temperatur des Gases selbst kann gleichzeitig wesentlich niedriger, beispielsweise bei Raumtemperatur liegen. Mit derartigen Plasmen können Werkstücke bearbeitet werden, ohne diese übermäßig zu erhitzen. Damit eignen sich Niederdruckplasmen in besonderer Weise für die Feinstreinigung metallischer Werkstoffe oder die Oberflächenmodifizierung von temperaturempfindlichen Polymeren.
Plasmareiniger zur Probenpräparation kommen als stand-alone Systeme oder als Anbau an die REM-Kammer vor. Letztere können neben der Probenreinigung auch zur REM-Kammer-Reinigung genutzt werden, um diese von Kontaminationen des Kammerinneren und der innenbefindlichen Komponenten zu befreien.
Die Plasmatechnologie erfährt aufgrund ihrer hohen Bandbreite an Möglichkeiten der chemischen und thermischen Prozessführung einen stetigen Zuwachs hinsichtlich ihrer technischen Nutzung. Im Bereich der Niederdruckplasmen haben sich folgende Hauptanwendungsgebiete etabliert:
- Oberflächenaktivierung
- Oberflächenreinigung / Plasmaätzung
- Oberflächenbeschichtung
Oberflächenaktivierung
Die Plasmaaktivierung von Oberflächen polymerer Materialkomponenten findet in weiten Teilen der Automobilindustrie ihre technische Anwendung. Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen, die auf Grund ihrer guten Recyclingeigenschaften bevorzugt verwendet werden, besitzen eine sehr unpolare Oberfläche und somit schlechte Hafteigenschaften gegenüber Beschichtungen oder Verklebungen.
Durch die Materialbehandlung mit einem O2-Plasma bilden sich auf der Oberfläche polare Gruppen aus, die die Benetzungseigenschaften wesentlich verbessern und eine exzellente Haftung von Lacken, Klebstoffen und Beschichtungen gewährleisten. Heutzutage ist die Plasmatechnologie bei der Fertigung von Armaturenbrettern, Reflektoren, Stoßstangen u.v.m. nicht mehr wegzudenken.
Durch neue Umweltrichtlinien ist weltweit der Druck auf die Industrie gestiegen, den Einsatz von Lösemitteln einzuschränken, sowie die Emission von Nasschemikalien aus der Produktion zu vermeiden. Insbesondere FCKW-basierte Reinigungsmethoden zur Entfettung von Blechen wurden weitgehend durch Plasmareinigungsverfahren ersetzt, die mit Sauerstoff, Luft oder anderen ungiftigen Gasen arbeiten. In Verbindung mit Vorreinigungsschritten lassen sich mittels Plasmareinigung auch hochverschmutzte Materialkomponenten reinigen; wobei der Reinigungserfolg üblicherweise den der konventionellen Verfahren übertrifft. Jegliche organische Kontamination lässt sich mit einem Niederdruckplasma entfernen und wird in CO2 und Wasser umgewandelt.
Für die Anwendung von Plasmareinigern für die Proben(vor)behandlung lassen sich aufgrund der Vielfalt von Probenmaterialien und Analysenzielen kaum allgemeine Richtlinien für die Prozessführung von Plasmaprozessen aufstellen. Je nach Plasmaanlage stehen dem Anwender mehrere Parameter zur Optimierung zur Verfügung: Gasgemisch,