Absolute Dichtebestimmung von NH- und NH2-Radikalen in einem Mikroplasma mittels Cavity Ring-Down Spektroskopie

Visser, Martin, Albert

doi:10.24355/dbbs.084-201307241155-0

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Absolute Dichtebestimmung von NH- und NH2-Radikalen in einem Mikroplasma mittels Cavity Ring-Down Spektroskopie

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Die Radikale NH und NH2 können aus Stickstoff-/Wasserstoffhaltigen Gasen in Gasentladungen (Plasma) erzeugt werden. Untersucht wurden Entladungen in Gasmischungen aus Ar und NH3 sowie aus N2 und H2. Auf den Einfluss verschiedener Systemparameter bezüglich der erzeugten NH2-Radikaldichte war dabei Hauptaugenmerk gerichtet. Die Radikale sind reaktiv gegenüber Kohlenwasserstoffen und können zur Bildung von Stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen dienen, z.B. Amino- und Nitrilgruppen. Ein solches Plasma kann daher für das Anbringen solcher Gruppen an Polymeroberflächen verwendet werden. Eine so behandelte Oberfläche besitzt damit chemische Ankerpunkte, welche verwendet werden können um durch weitere chemische Synthese funktionelle Oberflächen zu erzeugen, die fest mit dem Polymer verbunden sind. In dieser Arbeit wurde die Entstehung der genannten Radikale in einer Glimmentladung untersucht, welche mit einem Mikrostrukturierten Elektrodensystem (MSE) erzeugt wurde. Für die Detektion der Radikale wurden zwei spektroskopische Methoden verwendet, die Cavity Ring-Down Spektroskopie (CRDS), eine empfindliche Absorptionsspektroskopische Methode, und Planare Laserinduzierte Fluoreszenzspektrokopie (PLIF). CRDS ermöglicht die Bestimmung absoluter Teilchendichten, PLIF die relative zeitliche und räumliche Verteilung der der Teilchendichte über der Plasmaquelle. Abschließend wurde ein möglicher Mechanismus für die NH2-Erzeugung Diskutiert und die Ergebnisse mit anderen Untersuchungen zur Erzeugung von NH und NH2 verglichen.

The radicals NH and NH2 can be generated from nitrogen/hydrogen containing gases in gas-discharges (plasma). Discharges in mixtures of Ar and NH3 as well as N2 and H2 were studied. The influence of various parameters on the density of NH2 was the main objective. The radicals mentioned are reactive towards hydrocarbons and can serve to form functional groups such as amino and nitrile groups. Thus, such plasma can be used to attach this kind of groups on polymer surfaces. An accordingly treated surface exhibits chemical fixing points. These may be used to create functional surfaces via further chemical synthesis, which are strongly bound to the poylmer. In the course of this work, the generation of the radicals mentioned in a glow-discharge were investigated. The discharge was generated by a microstructured electrode-system (MSE). For detection of the radicals two spectroscopic methods were applied: Cavity ring-down spectroscopy (CRDS), a sensitive technique of absorption spectroscopy, and planar laser induced fluorescence (PLIF). CRDS allows the determination of absolute number densities; PLIF allows determination of relative temporal and spatial densities above the plasma source. Finally a possible mechanism of NH2 formation was discussed and the results are compared to other studies of NH and NH2 generation.