Untersuchungen von Hochfrequenzentladungen an mikrostrukturierten Elektrodensystemen (MSE) zur Oberflächenmodifikation

Mikrostrukturierte Elektrodensysteme sind geeignete nicht-thermische Plasmaquellen, um bei Atmosphärendruck zu arbeiten. Das Thema dieser Dissertation ist es zu demonstrieren, wie die MSE von einer nach dem Paschen-Gesetz optimierten Plasmaquelle zu einer Anwendung bei Atmosphärendruck unter Ausnutzung der jeweils optimalen Entladungsbedingungen in verschiedenen Gasen weiterentwickelt werden kann. Außerdem kann die Anwendbarkeit der Plasmaquelle durch die Ergebnisse der Charakterisierung ausgeweitet werden, nachdem mit einer Erhöhung der verwendeten Radiofrequenz die Plasmaquelle bis zu Atmosphärendruck in Stickstoff stabil und mit einer verbesserten Homogenität der Entladung gezündet werden kann. Ein Gegenstand der Entwicklungsarbeit war es, anhand der Anwendungen zu demonstrieren, dass es möglich ist mit dieser Plasmaquelle selbst resistente Referenzsporen für verschiedene Sterilisationsmethoden durch die Plasmaeinwirkung zu deaktivieren. Weiterhin sollte die Möglichkeit untersucht werden, bis zu Atmosphärendruck Beschichtungsexperimente zu realisieren. Es wurden im Rahmen der Charakterisierung die Zündungsparameter bestimmt, um den Fortschritt der Optimierung anhand des minimalen Leistungseintrages zur Zündung abzubilden und Strom-Spannungskurven aufgenommen, um den Betrieb im Glimmentladungsbereich sicherzustellen. Optische-, zeitaufgelöste Emissionsspektroskopie des vergrößerten Entladungsspaltes im UV-VIS-Bereich, Temperaturmessungen der Plasmaquelle im Betrieb und massenspektrometrische Online-Produktanalysen wurden durchgeführt, um möglichst lückenlose Informationen zu erhalten und Wirkmechanismen der Anwendungen vorherzusagen. Um darüber hinaus künftig mit Hilfe laserinduzierter Fluoreszenz die Generation schichtbildender- oder evtl. keimtötender Spezies im Plasma dreidimensional und zeitaufgelöst verfolgen zu können, wurde ein weiterer Versuchsstand zur Plasmaanalyse konzipiert, realisiert sowie die Funktionsfähigkeit demonstriert. Im Ergebnis führten diese Experimente zu einer Identifizierung und Optimierung relevanter Parameter wie zum Beispiel der Plasmaleistung, dem Substratabstand oder der Gaszusammensetzung, um den optimalen Betrieb der jeweiligen Anwendung zu erzielen.