[ 1 ] Pentru a testa efectul de activare a plasmei reci de înalta frecventa asupra materialelor polimerice, în aceasta etapa am efectuat un studiu comparativ utilizând reactorul de activare proiectat si realizat în cadrul acestui proiect în etapa 1 si o instalatie comerciala produsa de firma Diener Electronic, modelul „Zepto”.
În cadrul testului am activat suprafetele probelor de polietilena în plasmele generate de cele doua instalatii enumerate mai sus, efectul de activare a fost comparat prin masuratori ale unghiului de contact si prin încercari de rupere la efort axial ale probelor lipite cu adeziv epoxidic.

Suprafata probelor de polietilena a fost studiata si prin microscopie de forta atomica (AFM, NSG30-A, NT-MDT) utilizând unul dintre sistemele aflate în dotarea INCDTIM Cluj-Napoca. În cadrul testului s-a observat si efectul frecventei semnalului care genereaza si întretine plasma de înalta frecventa, asupra efectului de activare a suprafetelor. Tabelul 1 prezinta conditiile testului.

Caracterizarea plasmelor generate de cele doua instalatii a fost realizata cu ajutorul unui spectrometru Ocean Optics HR4000 (în domeniul 200...1100 nm) si aplicatiile de analiza „Spectra Suite”, „Spectrum Analyzer”.
Figura 1 prezinta spectrul de emisie comparativ al celor doua plasme reci de înalta frecventa, generate la 1000 kHz (Reactorul INCDTIM) si la 40 kHz (instalatia Diener Electronics Zepto).
Figura 2 prezinta rezultatul masuratorilor de rupere la efort axial a probelor de polietilena activate în plasmele de înalta frecventa generate la 40 kHz si 1000 kHz. Lipirea probelor de polietilena a fost realizata cu adeziv epoxidic bicomponent de tip „Poxipol”, iar durata de timp de la aplicarea adezivului pâna la efectuarea testului de rupere a fost de 20 de minute

Figura 1. Spectrele de emisie ale plasmelor generate la 40 kHz si 1000 kHz.	Figura 2. Forta de rupere a jonctiunilor lipite cu adeziv epoxidic, pentru probele de polietilena activate în plasma generata la 1000 kHz si la 40 kHz.

O concluzie importanta a acestui test este faptul ca forta de rupere creste rapid la valori de aproximativ 4 ori mai mari decât cea în cazul probelor neactivate, pentru o durata de tratament în plasma de numai 2 secunde.
Pentru a testa anduranta în timp a efectului de activare, am efectuat si un studiu de „îmbatrânire în timp” pe probele a caror suprafata a fost activata în cele doua plasme. Forta de rupere a jonctiunii lipite a fost masurata imediat dupa activare si lipire (20 minute), respectiv apoi dupa 1, 2, 3 si 7 zile. Probele utilizate în acest studiu au fost activate în cele doua plasme, o durata de 20 secunde. Rezultatele acestui studiu sunt prezentate în Figura 3.
Cresterea energiei de suprafata în cazul activarii în plasma rece a materialului este pusa în evidenta în mod direct de modificarea unghiului de contact a unei picaturi de lichid depuse pe suprafata. Figura 4 prezinta valorile unghiului de contact a unei picaturi de apa bidistilata depusa cu o micropipeta pe suprafata probei de polietilena, în functie de durata de activare în plasma, iar Figura 5 prezinta valorile unghiului de contact în functie de durata de timp trecuta de la activarea suprafetei.

Figura 3. Evolutia în timp a fortei de rupere dupa activarea suprafetelor probelor în plasma rece.	Figura 4. Variatia unghiului de contact în functie de durata tratamentului în plasma rece, pentru cele doua cazuri (1000 kHz si 40 kHz).	Figura 5. Variatia unghiului de contact în functie de durata de timp trecuta de la activarea în plasma rece, pentru cele doua cazuri (1000 kHz si 40 kHz).

Morfologia suprafetei unei probe de polietilena netratata, comparata cu suprafata probelor tratate în plasmele generate la 1000 kHz si la 40 kHz, a fost studiata cu ajutorul tehnicii AFM. Figura 6 prezinta rezultatele obtinute.

Figura 6. Imagini obtinute prin tehnica AFM pentru proba de polietilena netratata (A), tratata în plasma generata la 40 kHz (B) si în plasma generata la 1000 kHz (C).

Rezultatele studiului prin tehnica AFM demonstreaza eficienta mai buna a plasmei generate la 1000 kHz la obtinerea suprafetelor cu rugozitate mai mare si cu morfologie modificata.

Al doilea tip de polimer a carui suprafata a fost activata cu ajutorul plasmei reci de înalta frecventa, utilizând „Reactorul cu Plasma Rece INCDTIM” proiectat si construit în cadrul acestui proiect, este polimerul natural de tip k-carrageenan. Din acest tip de polimer s-au obtinut fâsii (pelicule) în ideea de a construi plasturi pentru aplicarea transdermala a unor substante. Matricea polimerica de baza (k-carrageenan) a fost dopata cu doua tipuri de substante antiinflamatoare naturale: curcumin si morin. Suprafata exterioara a plasturilor astfel obtinuti a fost expusa la efectul plasmei reci cu scopul de a urmari efectul de curatare si/sau crestere a rugozitatii suprafetei, deci a suprafetei utile de contact cu tegumentul. Tratamentul în plasma a fost efectuat la frecventa de 1000 kHz, puterea de intrare de 60W, presiunea de regim de 5 mbar, gazul de lucru: aer sintetic, iar durata tratamentului a fost de 20 de secunde pentru fiecare proba. Morfologia suprafetelor astfel tratate a fost examinata prin microscopie electronica folosind un sistem de tip „INSPECT (FEI CO)”, cu tensiunea de accelerare reglata la 25 kV. Figura 7 prezinta aspectul probelor netratate (imaginile A, B, C) si imaginile corespunzatoare probelor a caror suprafata a fost expusa la plasma rece de înalta frecventa (imaginile A1, B1, C1).

Figura 7. Imagini de microscopie electronica ale probelor netratate (A, B, C) si ale probelor tratate în plasma rece (A1, B1, C1).

Imaginile A si A1 corespund probelor de matrice polimerica nedopata (k-carrageenan) , imaginile B si B1 prezinta probele de polimer dopate cu substanta curcumin, iar imaginile C si C1 redau suprafata probelor de polimer dopat cu morin. Asa cum se poate vedea pe imaginile din Figura 7, în cazul polimerului nedopat (A, A1) si în cazul polimerului dopat cu morin (C, C1), efectul plasmei de înalta frecventa este de curatare/netezire a suprafetelor probelor, iar în cazul probelor dopate cu substanta curcumin, plasma provoaca cresterea rugozitatii suprafetelor, numarul de striatii pe unitatea de lungime (100 µm) fiind aproape dublu în urma tratamentului în plasma (imaginile B, B1).

[ 2 ] Primul test al efectului de curatare a plasmei de înalta frecventa generata de „Reactorul cu Plasma Rece INCDTIM” asupra suprafetelor metalelor a fost efectuat pe o proba de nanoparticule de bioxid de staniu (SnO2) cu scopul de a îmbunatati adeziunea particulelor în momentul presarii unei probei sub forma de pastila. Scopul a fost obtinerea unei probe semi-solide de nanoparticule de SnO2 care poate functiona pe post de detector de gaze (hidrocarburi volatile, de ex. acetona). Dispozitivul experimental utilizat este prezentat în Figura 8. Determinarea regimului de temperatura la care proba de nanoparticule poate functiona ca detector de gaz, se realizeaza prin trasarea caracteristicii R=f(T) (rezistenta electrica în functie de temperatura), temperatura la care se produce trecerea materialului din stare de semiconductor în stare de metal fiind valoarea cautata. Proba de nanoparticule de SnO2 sub forma de pastila (5, Figura 8) este montata într-un suport 2 montat în interiorul unui cuptor cu încalzire electrica 1. Valoarea temperaturii în incinta cuptorului este monitorizata cu termometrul 4, iar rezistenta electrica a probei 5 este masurata cu puntea 3. Functionarea ca detector de gaz este pusa în evidenta prin pulverizarea fina pe proba 5, a vaporilor de acetona, utilizând pompa 6. În momentul contactului vaporilor de acetona cu suprafata probei 5, rezistenta electrica a acesteia prezinta o crestere semnificativa brusca, comparativ cu valoarea în lipsa vaporilor. Graficul din Figura 9 prezinta caracteristica R=f(T) pentru proba de SnO2 obtinuta în cadrul acestui test. Temperatura de regim la care proba functioneaza ca detector de vapori de acetona este de 215 grade C.

Figura 8. Dispozitivul experimental utilizat pentru testarea proprietatilor de senzor de gaz în cazul probei de nanoparticule de SnO2 activate în plasma rece.	Figura 9. Caracteristica R=f(T) pentru proba de SnO2 utilizata în cadrul testului.

Al doilea test al efectului de curatare a plasmei reci de înalta frecventa a vizat pasivarea si curatarea suprafetei nanoparticulelor magnetice de SmCo5 în plasma de hidrogen. Acest tip de material aflat în forma de nanoparticule oxideaza foarte usor în prezenta oxigenului atmosferic, astfel curatarea poate fi efectuata numai în plasma generata într-un gaz inert. Gazul de proces a fost ales hidrogenul din cauza ca moleculele acestuia au dimensiuni mai mici decât moleculele altui gaz tehnic inert (Ar, Kr, etc.) astfel atomii de hidrogen vor putea urmari variatia rapida a sensului semnalului generator (f=1000 kHz), efectul asupra nanoparticulelor fiind echivalent cu un proces de „sablare cu nisip” la scara microscopica. Dupa curatare în plasma rece, a fost trasata curba de magnetizare a nanoparticulelor de SmCo5, graficul din Figura 10a prezinta rezultatul masuratorilor. Figura 10b prezinta o imagine obtinuta prin tehnica microscopiei electronice, a nanoparticulelor de SmCo5 pasivate si curatate în plasma de hidrogen, la o presiune de 0.4 milibar si o putere de intrare de 80W.

(a)	(b)
Figura 10. a) curba de magnetizare a nanoparticulelor de SmCo5; b) aspectul nanoparticulelor de SmCo5 la o marire de 5000x (imagine obtinuta prin microscopie electronica)