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Plasmatechnik

Oberflächen modifizieren

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Bei einer Plasmabehandlung wird Materie kontinuierlich Energie zugeführt, ihre Temperatur erhöht sich und sie geht vom festen über den flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Wird die Energiezufuhr weiter fortgesetzt, wird die bestehende Atomhülle aufgebrochen und es entstehen geladene Teilchen, also negativ geladene Elektronen und positiv geladene Ionen.

´Dieses Gemisch wird als Plasma bezeichnet. Bei der Niederdruckplasma-Behandlung wird in der Vakuumkammer der Anlage ein Druck von etwa 0,4 mbar mittels einer Vakuumpumpe erzeugt. Dann wird Prozessgas – meist ein technischer Sauerstoff, oft reicht aber schon Raumluft aus – zugeführt und an den in der Kammer befindlichen Elektroden eine Spannung angelegt. Dadurch wird das Gas ionisiert und ein Plasma entsteht (Bild 2).

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Die Ionisation beginnt mit dem Zusammenstoß eines Elektrons mit einem Molekül oder Atom des Restgases. Ein weiteres Elektron wird aus dem Molekül geschossen. Das Molekül wird zum positiv geladenen Ion und bewegt sich zur Kathode. Das Elektron fliegt zur Anode und trifft dabei weitere Moleküle. Die beschleunigten Kationen setzen aus der Kathode zahlreiche Elektronen frei. Dieser Vorgang setzt sich lawinenartig fort, bis das Gas ionisiert ist. Verschiedene Stoßprozesse führen zur Lichtemission. Diese elektrische Gasentladung bleibt so lange bestehen, wie die Energiezufuhr erhalten wird.

Prozesswissen entscheidet

Bei der Plasma-Aktivierung reagiert das Plasma mit der Oberfläche des Materials so, dass verschiedene Molekularstrukturen gebildet werden, die die Benetzung verbessern. Bei der Beschichtung, auch Plasma-Polymerisation genannt, wird hingegen in der Kammer durch die Einführung eines Monomers zusammen mit dem Prozessgas eine Schicht gebildet.

Das Monomer wird polymerisiert und bildet so einen dünnen Überzug auf der Linsenoberfläche. Solche Beschichtungen sind prinzipiell aufwändiger herzustellen, sind aber auch länger haltbar. Hinzu kommt, dass sich der Aufbau eines Bauteils beim Einsatz der Plasma-Polymerisation grundlegend vom Grundmaterial unterscheiden kann. Im Fall der Kontaktlinse lässt sich dadurch beispielsweise deren Biokompatibilität noch verbessern.

Grundsätzlich gilt aber Folgendes: Das Prozesswissen ist entscheidend. Das Plasma muss zum Werkstoff passen, um etwa die Oberflächenhärte oder im Fall der Kontaktlinse deren E-Modul gezielt einstellen zu können. Außerdem können ungewünschte Effekte wie Oberflächenätzung oder Überoxidierung auftreten, wenn nicht die richtige Behandlung gewählt wird. Beide Prozesse zersetzen die Oberfläche der Linse und können neben der Beeinträchtigung der optischen Klarheit auch zur Verringerung der Benetzung führen.

Ein wichtiger Prozessparameter ist im Fall der Kontaktlinsen auch deren Temperaturempfindlichkeit: Sind geringere Temperaturen erforderlich, wird für die Plasmabehandlung eine Frequenz von 40 kHz genommen, ansonsten sind auch Frequenzen im MHz-Bereich oder sogar GHz (Mikrowellenfrequenz) möglich. Die Prozesszeiten sind sowohl bei der Plasma-Aktivierung als auch bei der Plasma-Polymerisation relativ kurz. Drei bis zehn Minuten reichen aus, um die Benetzbarkeit der Silikon-Hydrogel-Linsen zu erhöhen.

Diener Electronic GmbH + Co. KG,

D-71131 Jettingen,

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