Detail předmětu

Plasma Chemistry

FCH-MAO_PLA1Ak. rok: 2011/2012

Kurz je zaměřen na základní vlastnosti a procesy probíhající v plazmatu, včetně jejich diagnostiky a možných aplikací. Studenti se seznámí s termodynamikou a kinetikou plazmatu (nerovnovážné a rovnovážné plazma, srážkové procesy, rozdělovací funkce, základní transportní procesy v plazmatu). Přednášky také poskytnou přehled základních metod diagnostiky plazmatu (spektrální, sondové a korpuskulární metody). Stěžejní část kurzu se věnuje laboratornímu plazmatu, jeho vlastnostem, jednotlivým typům elektrických výbojů, principům generace a možného využití výbojů (stejnosměrné, střídavé, vysokofrekvenční a mikrovlnné výboje, výboje v kapalinách, plazma buzené za vysokého tlaku, kapacitně a induktivně). Přehled probíraných plazmochemických procesů obsahuje zejména reakce v aktivním a dohasínajícím plazmatu, povrchové úpravy materiálů, tvorbu tenkých vrstev (PE CVD, PA CVD), plazmové polymerace, plazmové stříkaní, naprašování a leptání. Mezi speciální druhy plazmatu s účastí chemických reakcí jsou zařazeny lasery, plazmové displeje a plazma v osvětlovací technice.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikální a spotřební chemie (ÚFSCH)

Nabízen zahradničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Základní vlastnosti plazmatu, principy jeho generace a diagnostiky a soudobé technologie plazmové chemie.

Prerekvizity

Fyzikální chemie - temodynamika, kinetika
Fyzika - pohyb hmotného bodu, elektrické pole a proud, magnetcké pole
Matematika - diferenciální rovnice

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Písemná zkouška.
Ke zkoušce si je možné připravit soupis důležitých rovnic ve formátu A4. Tento materiál se pak u zkoušky odevzdává.

Osnovy výuky

1. Definice plazmatu
Termodynamické nerovnovážné a rovnovážné plazma, neizotermické plazma.
Debyeův poloměr, plazmová frekvence.
Základní srážkové procesy, účinný průřez, srážková frekvence.

2. Kinetická teorie plazmatu
Rozdělovací funkce rychlostí.
Boltzmannova kinetická rovnice a její řešení, srážkový člen.
Maxwellovo rozdělení rychlostí.
Rovnice kontinuity, Langevinova rovnice.

3. Vlastnosti plazmatu
Vnější a vnitřní faktory charakterizující plazma.
Elektrická vodivost, difúze a ambipolární difúze, teploty a koncentrace nabitých částic v jednotlivých typech plazmatu.
Dielektrické vlastnosti plazmatu.
Interakce plazmatu s elektromagnetickými vlnami.

4.-5. Laboratorní plazma
Podmínky zapálení jednotlivých druhů elektrických výbojů (stejnosměrné, vysokofrekvenční), Townsendova teorie růstu lavin, Paschenův zákon.
Elektrické výboje v plynech (stejnosměrné, vysokofrekvenční, mikrovlnné, korónové, klouzavé, bariérové, kapacitně a induktivně vázané vysokofrekvenční výboje).
Elektrické výboje v kapalinách.

6.-7. Diagnostika plazmatu
Spektrální a optické metody (elektronová, excitační, vibrační a rotační teplota), absorpční spektroskopie plazmatu (CRD, LIF, Ramanův rozptyl).
Sondové metody (plazmový a plovoucí potenciál plazmatu, jednoduchá a dvojná sonda).
Korpuskulární metody (hmotnostní spektroskopie, aktinometrie).

8.-10. Plazmochemické procesy
Kinetika plazmochemických reakcí, podmínky uskutečnění plazmochemických reakcí, rychlost chemické reakce, reakce v nerovnovážné chemické kinetice.
Příprava organických látek, plazmová polymerace, tvorba organických vrstev, semipermeabilní membrány.
Působení plazmatu na pevné látky (plasty, textil, sklo, polovodiče), změna adhezivity a smáčivosti, oxidační reakce na povrchu, roubování, změna molekulové hmotnosti, ablace.
Interakce plazmatu s kovy, plazmová nitridace, PE CVD, PA CVD.
Plazmochemická úprava přírodních materiálů.

11. Speciální druhy plazmatu s účastí chemických reakcí
Plazma v osvětlovací technice, chemické lasery, ploché plazmové displeje.

12. Plazmochemické technologie
Naprašování (magnetronové, diodové, vysokofrekvenční).
Plazmové stříkání, plazmatrony.
Plazmové leptání, elektronový paprsek.

Učební cíle

V přednášce jsou popsány základní vlastnosti plazmatu a současná metodologie plazmové chemie tak, že studenti chemického inženýrství jsou schopni prakticky aplikovat a užívat unikátní vlastnosti plazmatu v takových oborech jako jsou materiálové inženýrství, mikroelektronika, biologie a makromolekulární, organická, anorganická i analytická chemie.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

není

Základní literatura

Chen F., Chang J. P.: Principles of Plasma Processing. Kluwer Academic, Plenum Publishers, NewYork 2003. (EN)

Doporučená literatura

Roth J. R.: Industrial Plasma Engineering Volume 2: Applications to Nonthermal Plasma Processing. Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia 2001. (EN)
Roth J. R.: Industrial Plasma Engineering Volume 1: Principles. Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia 1995. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_SCH magisterský navazující

    obor NPCO_SCH , 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor NPCO_SCH , 2. ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program CKCP_CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor CKCO_CZV , 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D.

Konzultace v kombinovaném studiu

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D.