Was ist ein Plasma?
Unter einem Plasma, auch der vierte Aggregatzustand genannt, versteht man ein (teil-) ionisiertes Gas in dem neben neutralen Gasmolekülen und -fragmenten auch freie Elektronen und Kationen vorkommen, und welches somit leitend ist. Hinzu kommt eine große Anzahl angeregter Molekülzustände, die unter Abgabe von elektromagnetischer Strahlung zum Grundzustand zurückkehren, was zum charakteristischen Leuchten des Plasmas führt.
Die bei der Entstehung eines Plasmas benötigte Energie kann sehr unterschiedliche Quellen haben. So kommen in der Natur Plasmen z.B. auf der Sonne vor, sowie in Blitzen und Flammen, aber auch in den als Nordlicht bezeichneten atmosphärischen Phänomenen. Die weitaus häufigste Art der technischen Erzeugung von Plasmen ist die gezielte Einstrahlung von elektrischen Feldern. Je nach verwendeter Frequenz unterscheidet man dabei zwischen Wechselstrom (50 Hz), Audio (KHz)-, Radio (MHz)- Frequenz oder Mikrowellenplasmen (GHz). Technisch genutzt werden Plasmen z.B. in Leuchtstoffröhren und in jüngerer Zeit vor allem in der Oberflächentechnik.
Eine gängige Unterscheidung
von Plasmen ist die Aufteilung in heiße (thermische) und kalte (nichtthermische)
Plasmen:
- Bei thermischen Plasmen ist der Druck des Gases relativ hoch, was die Anzahl der Zusammenstöße zwischen den Teilchen (neutrale, geladene, angeregte, nicht angeregte) erhöht und damit die Übertragung der Energie zwischen ihnen begünstigt. Das Ergebnis ist ein Plasma, das sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, in dem also alle Teilchen annähernd die gleich hohe Energie aufweisen, was wir als "heiß" empfinden.
- Nichtthermische Plasmen entstehen demgegenüber bei reduzierten Drücken (ca. 1- 104 Pa). Hier ist die mittlere freie Weglänge so groß, daß außer durch Elektronenstoß keine nennenswerte Energieübertragung zwischen den Teilchen stattfinden kann, daß also kein thermisches Gleichgewicht entstehen kann. Makroskopisch betrachtet liegt das System bei Raumtemperatur, enthält aber einen gewissen Anteil an Teilchen, nämlich Elektronen, die sehr hohe Energien (Temperaturen) aufweisen (bis zu 105 °C). Diese energiereichen Elektronen und die energiereiche Strahlung von Elektronenübergängen sind zur Induktion von chemischen Reaktionen an Oberflächen bzw. in oberflächennahen Bereichen befähigt, die selbst die Modifizierung stabilster chemischer Strukturen beinhalten kann. Gleichzeitig findet keine thermische Belastung dieser Oberfläche statt, da die makroskopische Temperatur der Umgebung angepaßt ist.
Im Rahmen seiner Funktion als Dienstleister im Technologietransfer bietet das IFAM Bremen seine Ressourcen für die Bearbeitung der oben genannten industriellen Fragestellungen bis zur Serie an. Unser Service umfaßt Beratung, Prozeßentwicklung, Bemusterung und industrielle Einführung durch Pilotanlagenbau.
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