Polimeryzacja plazmowa - Plasma polymerization
Polimeryzacja plazmowa (lub polimeryzacja z wyładowaniem jarzeniowym ) wykorzystuje źródła plazmy do generowania wyładowania gazowego, które dostarcza energii do aktywacji lub fragmentacji gazowego lub ciekłego monomeru , często zawierającego grupę winylową , w celu zainicjowania polimeryzacji . Polimery utworzone tą techniką są na ogół silnie rozgałęzione i silnie usieciowane oraz dobrze przylegają do powierzchni stałych. Największą zaletą tego procesu jest to, że polimery mogą być bezpośrednio przyłączane do żądanej powierzchni podczas wzrostu łańcuchów, co zmniejsza liczbę etapów niezbędnych do innych procesów powlekania , takich jak szczepienie . Jest to bardzo przydatne w przypadku powłok bez otworków o grubości od 100 pikometrów do 1 mikrometra z polimerami nierozpuszczalnymi w rozpuszczalniku .
Wprowadzenie
Już w latach siedemdziesiątych XIX wieku znane były „polimery” utworzone w tym procesie, ale początkowo uważano je za niepożądane produkty uboczne związane z wyładowaniami elektrycznymi , przy czym niewiele uwagi poświęcano ich właściwościom. Dopiero w latach sześćdziesiątych XX wieku stwierdzono, że właściwości tych polimerów są przydatne. Stwierdzono, że na metalach można tworzyć nieskazitelne cienkie powłoki polimerowe , chociaż w przypadku bardzo cienkich warstw (<10 nm) okazało się, że jest to nadmierne uproszczenie. Wybierając typ monomeru i gęstość energii na monomer, znaną jako parametr Yasuda, można zmieniać skład chemiczny i strukturę powstałej cienkiej folii w szerokim zakresie. Folie te są zwykle obojętne , przyczepne i mają niskie stałe dielektryczne . Niektóre typowe monomery polimeryzowane tą metodą to między innymi styren, etylen, metakrylan i pirydyna. Lata siedemdziesiąte przyniosły wiele postępów w polimeryzacji plazmowej, w tym polimeryzację wielu różnych typów monomerów. Jednak do niedawna mechanizmy osadzania były w dużej mierze ignorowane. Od tego czasu najwięcej uwagi poświęcono polimeryzacji plazmowej w dziedzinie powłok, ale ponieważ trudno jest kontrolować strukturę polimeru, ma ona ograniczone zastosowania.
Podstawowy mechanizm operacyjny
Wyładowanie jarzeniowe
Plazma składa się z mieszaniny elektronów, jonów, rodników, części obojętnych i fotonów. Niektóre z tych gatunków są w lokalnej równowadze termodynamicznej, podczas gdy inne nie. Nawet w przypadku prostych gazów, takich jak argon, ta mieszanina może być złożona. W przypadku plazmy organicznych monomerów złożoność może gwałtownie wzrosnąć, gdy niektóre składniki fragmentu plazmy oddziałują na siebie i tworzą większe gatunki. Wyładowanie jarzeniowe to technika polimeryzacji polegająca na tworzeniu wolnych elektronów, które pobierają energię z pola elektrycznego , a następnie tracą energię w wyniku zderzeń z cząsteczkami obojętnymi w fazie gazowej . Prowadzi to do powstania wielu substancji reaktywnych chemicznie, które następnie prowadzą do reakcji polimeryzacji plazmowej. Proces wyładowania elektrycznego w polimeryzacji plazmowej jest metodą „plazmy niskotemperaturowej”, ponieważ wyższe temperatury powodują degradację . Plazmy te są tworzone przez prąd stały , prąd przemienny lub generator częstotliwości radiowej .
Rodzaje reaktorów
Istnieje kilka konstrukcji aparatów stosowanych w polimeryzacji plazmowej, z których jednym jest Bell (typ statyczny), w którym gaz monomeru jest wprowadzany do komory reakcyjnej, ale nie przepływa przez komorę. Wchodzi i polimeryzuje bez usuwania. Ten typ reaktora pokazano na rysunku 1. Ten reaktor ma wewnętrzne elektrody , a polimeryzacja zwykle zachodzi po stronie katody . Wszystkie urządzenia zawierają łaźnię termostatyczną , która służy do regulacji temperatury oraz próżnię do regulacji ciśnienia.
Działanie: Gaz monomeru wchodzi do reaktora typu Bell w postaci postaci gazowej, a następnie jest wprowadzany w stan plazmy przez elektrody, w których plazma może składać się z rodników , anionów i kationów . Te monomery są następnie polimeryzowane na powierzchni katody lub innej powierzchni umieszczonej w aparacie za pomocą różnych mechanizmów, których szczegóły omówiono poniżej. Osadzone polimery rozprzestrzeniają się następnie poza powierzchnię i tworzą rosnące łańcuchy o pozornie jednolitej konsystencji.
Innym popularnym typem reaktora jest reaktor przepływowy (reaktor z przepływem ciągłym ), który również ma elektrody wewnętrzne, ale ten reaktor umożliwia przepływ gazu monomerowego przez komorę reakcyjną, jak sugeruje jego nazwa, co powinno zapewnić bardziej równomierną powłokę do osadzania filmu polimerowego. Ma tę zaletę, że do reaktora napływa więcej monomeru, aby osadzić więcej polimeru. Ma tę wadę, że tworzy tak zwany „płomień ogonowy”, który występuje, gdy polimeryzacja rozciąga się w linii próżniowej.
Trzecim popularnym typem reaktora jest reaktor bezelektryczny. Wykorzystuje to cewkę RF owiniętą wokół szklanego aparatu, która następnie wykorzystuje generator częstotliwości radiowej do tworzenia plazmy wewnątrz obudowy bez użycia bezpośrednich elektrod (patrz Plazma sprzężona indukcyjnie ). Następnie polimer można osadzać, gdy jest przepychany przez cewkę RF w kierunku próżniowego końca urządzenia. Ma to tę zaletę, że nie gromadzi się polimer na powierzchni elektrody, co jest pożądane podczas polimeryzacji na innych powierzchniach.
Czwartym typem systemu, który zyskuje na popularności, jest system plazmowy pod ciśnieniem atmosferycznym , który jest przydatny do osadzania cienkich warstw polimerowych. Ten system omija wymagania dotyczące specjalnego sprzętu obejmującego odkurzacze, co sprawia, że jest on korzystny dla zintegrowanych zastosowań przemysłowych. Wykazano, że polimery powstające pod ciśnieniem atmosferycznym mogą mieć podobne właściwości do powłok, jak te występujące w układach niskociśnieniowych.
Fizyczna charakterystyka procesu
Tworzenie plazmy do polimeryzacji zależy od wielu z poniższych. Elektronów energii 1-10 eV jest to wymagane, z gęstości elektronowej 10 9 10 12 na centymetr sześcienny w celu wytworzenia pożądanego stanu plazmy. Tworzenie plazmy niskotemperaturowej jest ważne; temperatury elektronów nie są równe temperaturom gazu i mają stosunek T e / T g od 10 do 100, tak że proces ten może zachodzić w temperaturach zbliżonych do otoczenia , co jest korzystne, ponieważ polimery ulegają degradacji w wysokich temperaturach, więc jeśli - zastosowano plazmę temperaturową, polimery uległyby degradacji po utworzeniu lub nigdy nie powstały. Wiąże się to z plazmami nierównowagowymi , co oznacza, że naładowane formy monomeru mają większą energię kinetyczną niż obojętne formy monomeru i powodują transfer energii do podłoża zamiast do nienaładowanego monomeru.
Kinetyka
Szybkość kinetyczna tych reakcji zależy głównie od gazu monomeru, który musi być gazowy lub odparowany. Jednak inne parametry są również ważne, takie jak moc , ciśnienie , natężenie przepływu , częstotliwość , odstęp między elektrodami i konfiguracja reaktora. Niskie szybkości przepływu zwykle zależą tylko od ilości reaktywnych substancji obecnych do polimeryzacji, podczas gdy wysokie szybkości przepływu zależą od ilości czasu spędzonego w reaktorze. Dlatego maksymalna szybkość polimeryzacji jest gdzieś pośrodku.
Najszybsze reakcje są zwykle w kolejności cząsteczek o wiązaniach potrójnych > wiązaniach podwójnych > wiązaniach pojedynczych , a także cząsteczki o niższej masie cząsteczkowej są szybsze niż cząsteczki o wyższych wiązaniach. Tak więc acetylen jest szybszy niż etylen , a etylen jest szybszy niż propen itp. Współczynnik masy cząsteczkowej w osadzaniu polimeru zależy od natężenia przepływu monomeru, w którym monomer o wyższej masie cząsteczkowej zwykle w pobliżu 200 g / mol wymaga znacznie wyższego natężenia przepływu 15 x 10 4 g / cm 2 , podczas gdy niższym ciężarze cząsteczkowym około 50 g / mol, a natężenie przepływu wymaga tylko 5 x 10 4 g / cm 2 . Dlatego ciężki monomer wymaga szybszego przepływu i prawdopodobnie prowadziłby do wzrostu ciśnień, zmniejszając szybkość polimeryzacji.
Zwiększone ciśnienie ma tendencję do zmniejszania szybkości polimeryzacji, zmniejszając jednorodność osadzania, ponieważ jednorodność jest kontrolowana przez stałe ciśnienie. To jest powód, dla którego plazma wysokociśnieniowa lub plazma pod ciśnieniem atmosferycznym nie są zwykle stosowane na korzyść systemów niskociśnieniowych. Przy ciśnieniach większych niż 1 mm Hg , oligomery są utworzone na powierzchni elektrody, i monomerów, również na powierzchni może rozpuszczać ich, aby uzyskać niski stopień polimeryzacji tworzącą oleistej substancji. Przy niskich ciśnieniach reaktywne powierzchnie są ubogie w monomer i ułatwiają wzrost polimerów o dużej masie cząsteczkowej .
Szybkość polimeryzacji zależy od mocy wejściowej, aż do momentu nasycenia mocy i uniezależnienia się od niej. Węższa szczelina elektrod ma również tendencję do zwiększania szybkości polimeryzacji, ponieważ powstaje większa gęstość elektronów na jednostkę powierzchni. Szybkości polimeryzacji zależą również od rodzaju aparatu używanego w procesie. Ogólnie rzecz biorąc, zwiększenie częstotliwości wyładowań jarzeniowych prądu przemiennego do około 5 kHz zwiększa szybkość z powodu tworzenia się większej ilości wolnych rodników. Po tej częstotliwości efekty bezwładności zderzających się monomerów hamują polimeryzację. Tworzy to pierwsze plateau dla częstotliwości polimeryzacji. Drugie maksimum częstotliwości występuje przy 6 MHz, gdzie reakcje uboczne są ponownie przezwyciężane, a reakcja zachodzi przez wolne rodniki dyfundowane z plazmy do elektrod, w którym to momencie uzyskuje się drugie plateau. Parametry te różnią się nieznacznie dla każdego monomeru i muszą zostać zoptymalizowane na miejscu.
Szlaki syntetyczne
Plazma zawiera wiele gatunków, takich jak jony, wolne rodniki i elektrony, dlatego ważne jest, aby przyjrzeć się temu, co najbardziej przyczynia się do procesu polimeryzacji. Pierwszy sugerowany proces Westwooda i wsp. była polimeryzacją kationową , ponieważ w układzie prądu stałego polimeryzacja zachodzi głównie na katodzie. Jednak dalsze badania doprowadziły do przekonania, że mechanizm jest bardziej procesem polimeryzacji rodnikowej , ponieważ rodniki są zwykle uwięzione w błonach, a terminację można przezwyciężyć przez ponowne zainicjowanie oligomerów. Wydaje się, że inne badania kinetyczne również potwierdzają tę teorię.
Jednak od połowy lat 90. wiele prac poświęconych tworzeniu wysoce sfunkcjonalizowanych polimerów plazmy postuluje bardziej znaczącą rolę kationów, zwłaszcza tam, gdzie osłona plazmy jest bezkolozowa. Założenie, że gęstość jonów w plazmie jest niska, a co za tym idzie, przepływ jonów do powierzchni jest niewielki, zostało zakwestionowane, wskazując, że strumień jonów jest określany zgodnie z kryterium powłoki Bohma, tj. Strumień jonów jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego temperatury elektronu, a nie RT.
Podczas polimeryzacji zachodzą zarówno reakcje w fazie gazowej, jak i na powierzchni, ale mechanizm różni się między wysokimi i niskimi częstotliwościami. Przy wysokich częstotliwościach występuje w reaktywnych półproduktach, podczas gdy przy niskich częstotliwościach polimeryzacja zachodzi głównie na powierzchniach. Gdy zachodzi polimeryzacja, ciśnienie wewnątrz komory spada w układzie zamkniętym, ponieważ monomery fazy gazowej przechodzą do stałych polimerów. Przykładowy diagram sposobów, w jakie może zachodzić polimeryzacja, przedstawiono na rysunku 2, gdzie najbardziej rozpowszechniony szlak jest pokazany na niebiesko z podwójnymi strzałkami, a boczne ścieżki są pokazane na czarno. Ablacji następuje przez wytworzenie gazu podczas polimeryzacji. Polimeryzacja ma dwie ścieżki, albo stan plazmy, albo procesy indukowane plazmą, które prowadzą do osadzenia polimeru.
Polimery można osadzać na wielu podłożach innych niż powierzchnie elektrod, takich jak szkło , inne polimery organiczne lub metale, gdy powierzchnia jest umieszczona przed elektrodami lub umieszczona pośrodku między nimi. Zdolność ich do tworzenia się na powierzchni elektrod jest prawdopodobnie oddziaływaniem elektrostatycznym, podczas gdy na innych powierzchniach możliwe jest wiązanie kowalencyjne.
Polimeryzacja prawdopodobnie zachodzi poprzez procesy jonowe i / lub rodnikowe, które są inicjowane przez plazmę utworzoną z wyładowania jarzeniowego. Klasyczny pogląd przedstawiony przez Yasudę oparty na termicznej inicjacji polimeryzacji Parylenu jest taki, że w dowolnym momencie występuje wiele gatunków rozmnażających się, jak pokazano na rysunku 3. Rysunek ten przedstawia dwie różne ścieżki, którymi może zajść polimeryzacja.
Pierwsza ścieżka jest procesem monofunkcjonalizacji, przypomina standardowy mechanizm polimeryzacji wolnorodnikowej (M •) - chociaż z zastrzeżeniem, że reaktywne formy mogą być jonowe i niekoniecznie rodnikowe. Drugi szlak odnosi się do mechanizmu dwufunkcyjnego, który na przykład może zawierać kationowe i rodnikowe centrum propagacji na tym samym monomerze (• M •). Konsekwencją jest to, że „polimer” może rosnąć w wielu kierunkach wieloma drogami z jednego gatunku, takiego jak powierzchnia lub inny monomer. Ta możliwość pozwoliła Yasudzie nazwać ten mechanizm bardzo szybką polimeryzacją stopniowego wzrostu . Na schemacie M x odnosi się do oryginalnej cząsteczki monomeru lub dowolnego z wielu produktów dysocjacji, takich jak chlor , fluor i wodór . Gatunek M • odnosi się do tych, które są aktywowane i mogą uczestniczyć w reakcjach tworzących nowe wiązania kowalencyjne . Gatunek • M • odnosi się do aktywowanej dwufunkcyjnej formy monomeru. Indeksy i, j i k pokazują rozmiary różnych zaangażowanych gatunków. Mimo że rodniki reprezentują aktywowane formy, w polimeryzacji można zastosować dowolny jon lub rodnik. Jak widać tutaj, polimeryzacja plazmowa jest bardzo złożonym procesem, w którym wiele parametrów wpływa na wszystko, od szybkości do długości łańcucha.
Selekcję lub faworyzowanie jednej określonej ścieżki można osiągnąć poprzez zmianę parametrów osocza. Na przykład plazma pulsacyjna z wybranymi monomerami wydaje się faworyzować znacznie bardziej regularne struktury polimerowe i postulowano, że rosną one w mechanizmie podobnym do (rodnikowego) wzrostu łańcucha w czasie wyłączenia plazmy.
Zwykłe monomery / polimery
| Nazwa | Struktura |
|---|---|
| Tiofen |
 |
| 1,7-oktadien |
 |
| Pirydyna |
 |
| Akrylonitryl |
 |
| Furan |
 |
| Styren |
 |
| Acetylen |
 |
| 2-metyloksazolina |
 |
| Tetrametylodisiloksan |
 |
Monomery
Jak można zobaczyć w tabeli monomerów, wiele prostych monomerów ulega łatwej polimeryzacji tą metodą, ale większość z nich musi być mniejszymi cząsteczkami podatnymi na jonizację, ponieważ muszą one być zdolne do przejścia w stan plazmy. Chociaż monomery z wieloma wiązaniami polimeryzują łatwo, nie jest to konieczne, ponieważ etan, silikony i wiele innych również polimeryzują. Istnieją również inne warunki. Yasuda i in. zbadali 28 monomerów i stwierdzili, że te zawierające grupy aromatyczne , krzem , grupę olefinową lub azot (NH, NH 2 , CN) ulegały szybszej polimeryzacji, podczas gdy te zawierające tlen , halogenki , węglowodory alifatyczne i węglowodory cykliczne ulegały szybszemu rozkładowi. Te ostatnie związki mają więcej reakcji ablacyjnych lub ubocznych, które hamują stabilne tworzenie się polimeru. Możliwe jest również wprowadzenie N 2 , H 2 O i CO do kopolimerów styrenu .
Polimery plazmowe można traktować jako rodzaj polimerów szczepionych, ponieważ wyrastają z podłoża . Wiadomo, że polimery te tworzą prawie jednorodne osadzanie się na powierzchni, co jest jedną z ich pożądanych właściwości. Polimery powstałe w wyniku tego procesu często sieciują się i tworzą rozgałęzienia ze względu na liczne rozmnażające się gatunki obecne w osoczu. Prowadzi to często do bardzo nierozpuszczalnych polimerów, co jest korzystne dla tego procesu, ponieważ hiperrozgałęzione polimery można osadzać bezpośrednio bez rozpuszczalnika.
Polimery
Typowe polimery obejmują: politiofen , poliheksafluoropropylen, politetrametylocynę, poliheksametylodisiloksan, politetrametylodisiloksan, polipirydynę, polifuran i poli-2-metyloksazolinę.
Następujące są wymienione w kolejności malejącej szybkości polimeryzacji: polistyren , polimetylostyren, policyklopentadien, poliakrylan , poliakrylan etylu, polimetakrylan metylu , polioctan winylu , poliizopren , poliizobuten i polietylen .
Prawie wszystkie polimery wytworzone tą metodą mają doskonały wygląd, są przezroczyste i są silnie usieciowane. Polimery liniowe nie tworzą się łatwo metodami polimeryzacji plazmowej opartymi na rozmnażających się gatunkach. Tą metodą można wytworzyć wiele innych polimerów.
Ogólna charakterystyka polimerów plazmowych
Właściwości polimerów plazmowych znacznie różnią się od właściwości polimerów konwencjonalnych. Chociaż oba typy zależą od właściwości chemicznych monomeru, właściwości polimerów plazmowych zależą w większym stopniu od konstrukcji reaktora oraz właściwości chemicznych i fizycznych podłoża, na którym osadzany jest polimer plazmowy. Lokalizacja w reaktorze, w którym następuje osadzanie, ma również wpływ na właściwości powstałego polimeru. W rzeczywistości, stosując polimeryzację plazmową z pojedynczym monomerem i zmieniając reaktor, podłoże itp., Można wytworzyć różnorodne polimery, z których każdy ma inne właściwości fizyczne i chemiczne. Duża zależność właściwości polimeru od tych czynników utrudnia przypisanie zestawu podstawowych cech, ale istnieje kilka typowych właściwości, które odróżniają polimery plazmowe od konwencjonalnych.
Najbardziej znacząca różnica między konwencjonalnymi polimerami i polimerami plazmowymi polega na tym, że polimery plazmowe nie zawierają regularnych powtarzających się jednostek. Ze względu na liczbę różnych gatunków rozmnażających się obecnych w dowolnym czasie, jak omówiono powyżej, powstałe łańcuchy polimerowe są silnie rozgałęzione i są losowo zakończone z wysokim stopniem usieciowania. Przykład proponowanej struktury etylenu polimeryzowanego plazmowo, wykazujący duży stopień usieciowania i rozgałęzienia, pokazano na rysunku 4.
Wszystkie polimery plazmowe zawierają również wolne rodniki. Ilość obecnych wolnych rodników jest różna dla różnych polimerów i zależy od struktury chemicznej monomeru. Ponieważ tworzenie uwięzionych wolnych rodników jest związane z mechanizmem wzrostu polimerów plazmy, ogólne właściwości polimerów są bezpośrednio skorelowane z liczbą wolnych rodników.
Polimery plazmowe zawierają również naprężenia wewnętrzne. Jeśli gruba warstwa (np. 1 µm) polimeru plazmowego zostanie osadzona na szkiełku, polimer plazmowy będzie się wyginał i często pękał. Zawinięcie jest przypisywane wewnętrznemu naprężeniu powstającemu w polimerze plazmowym podczas osadzania polimeru. Stopień zawijania zależy od monomeru, a także warunków polimeryzacji plazmowej.
Większość polimerów osocza jest nierozpuszczalna i nietopliwa. Właściwości te wynikają z dużej ilości usieciowania w polimerach, omówionych wcześniej. W konsekwencji kinetyczna długość drogi dla tych polimerów musi być wystarczająco długa, aby te właściwości można było kontrolować do pewnego stopnia.
Przepuszczalności polimerów plazmowych również znacznie różnią się od tych z konwencjonalnych polimerów. Z powodu braku ruchliwości segmentowej na dużą skalę i wysokiego stopnia usieciowania w polimerach, przenikanie małych cząsteczek nie jest ściśle zgodne z typowymi mechanizmami „dyfuzji roztworu” lub sitami molekularnymi dla takich małych permeatów. W rzeczywistości charakterystyka przepuszczalności polimerów plazmowych mieści się między tymi dwoma idealnymi przypadkami.
Ostatnią wspólną cechą polimerów plazmowych jest zdolność adhezyjna. Specyfika zdolności adhezyjnej dla danego polimeru plazmowego, taka jak grubość i właściwości warstwy powierzchniowej, jest znowu szczególna dla danego polimeru plazmowego i można dokonać kilku uogólnień.
Zalety i wady
Polimeryzacja plazmowa ma wiele zalet w porównaniu z innymi metodami polimeryzacji i ogólnie. Najważniejszą zaletą polimeryzacji plazmowej jest jej zdolność do wytwarzania warstw polimerowych ze związków organicznych, które nie polimeryzują w normalnych warunkach polimeryzacji chemicznej. Niemal wszystkie monomery, nawet nasycone węglowodory i związki organiczne bez struktury zdolnej do polimeryzacji, takiej jak wiązanie podwójne, można polimeryzować tą techniką.
Drugą zaletą jest łatwość nakładania polimerów jako powłok w porównaniu z konwencjonalnymi procesami powlekania. Podczas gdy powlekanie podłoża konwencjonalnymi polimerami wymaga szeregu etapów, polimeryzacja plazmowa przeprowadza je wszystkie zasadniczo w jednym etapie. Prowadzi to do czystszej i bardziej „ekologicznej” syntezy i procesu powlekania, ponieważ podczas przygotowywania polimeru nie jest potrzebny rozpuszczalnik, a także nie jest potrzebne czyszczenie powstałego polimeru. Innym „zielonym” aspektem syntezy jest to, że do przygotowania polimeru nie jest potrzebny inicjator, ponieważ elektrody wielokrotnego użytku powodują przebieg reakcji. Powstałe powłoki polimerowe mają również szereg zalet w porównaniu z typowymi powłokami. Zalety te obejmują brak otworków, dużą gęstość oraz możliwość łatwej zmiany grubości powłoki.
Istnieje również szereg wad związanych z polimeryzacją plazmową w porównaniu z konwencjonalnymi metodami. Najważniejszą wadą jest wysoki koszt procesu. Do polimeryzacji wymagany jest system próżniowy, znacznie zwiększający cenę konfiguracji.
Inną wadą jest złożoność procesów plazmowych. Ze względu na złożoność nie jest łatwo uzyskać dobrą kontrolę nad składem chemicznym powierzchni po modyfikacji. Wpływ parametrów procesu na skład chemiczny otrzymanego polimeru powoduje, że określenie optymalnych warunków może zająć dużo czasu. Złożoność procesu uniemożliwia również teoretyzację, jak będzie wyglądał powstały polimer, w przeciwieństwie do konwencjonalnych polimerów, które można łatwo określić na podstawie monomeru.
Aplikacje
Korzyści oferowane przez polimeryzację plazmową zaowocowały obszernymi badaniami nad zastosowaniami tych polimerów. Ogromnie różne właściwości chemiczne i mechaniczne oferowane przez polimery powstałe w wyniku polimeryzacji plazmowej oznaczają, że można je stosować w niezliczonych różnych systemach. Zbadano różne zastosowania, od adhezji, materiałów kompozytowych , powłok ochronnych, drukowania , membran , zastosowań biomedycznych, oczyszczania wody i tak dalej.
Szczególnie interesujące od lat 80-tych było osadzanie sfunkcjonalizowanych plazmowych filmów polimerowych. Na przykład sfunkcjonalizowane błony są stosowane jako środek do poprawy biokompatybilności implantów biologicznych6 i do wytwarzania powłok superhydrofobowych. Były również szeroko stosowane w biomateriałach do przylegania komórek, wiązania białek i jako powierzchnie przeciwporostowe. Dzięki zastosowaniu plazmy o niskiej mocy i ciśnieniu można osiągnąć wysoką funkcjonalną retencję, co doprowadziło do znacznej poprawy biokompatybilności niektórych produktów, czego prostym przykładem jest opracowanie soczewek kontaktowych o przedłużonym czasie użytkowania. Dzięki tym sukcesom ogromny potencjał funkcjonalnych polimerów plazmowych jest powoli realizowany przez pracowników z wcześniej niepowiązanych dziedzin, takich jak uzdatnianie wody i leczenie ran. Nowe technologie, takie jak nanowzór, rusztowania 3D, powlekanie mikrokanałami i mikrokapsułkowanie, wykorzystują teraz również sfunkcjonalizowane polimery plazmowe, czyli obszary, w których tradycyjne polimery są często nieodpowiednie.
Znaczącym obszarem badań było zastosowanie plazmowych filmów polimerowych jako membran przenikalnych . Charakterystyki przepuszczalności polimerów plazmowych osadzonych na porowatych podłożach są inne niż zwykłych folii polimerowych. Charakterystyka zależy od mechanizmu osadzania i polimeryzacji. Zbadano wszystkie polimery plazmowe jako membrany do separacji tlenu i azotu, etanolu i wody oraz przepuszczalności pary wodnej. Dużym zainteresowaniem cieszy się również zastosowanie cienkich warstw polimeryzowanych plazmowo jako membran do odwróconej osmozy . Yasuda i in. wykazali, że membrany przygotowane w procesie polimeryzacji plazmowej wykonane z monomerów zawierających azot mogą dawać do 98% odrzucenia soli przy przepływie 6,4 galona / stopę 2 dziennie. Dalsze badania wykazały, że zmiana monomerów membrany ma również inne właściwości, takie jak odporność na chlor.
Folie polimeryzowane plazmowo znalazły również zastosowania elektryczne. Biorąc pod uwagę, że polimery plazmowe często zawierają wiele grup polarnych , które tworzą się, gdy rodniki reagują z tlenem w powietrzu podczas procesu polimeryzacji, oczekiwano, że polimery plazmowe będą dobrymi materiałami dielektrycznymi w postaci cienkich warstw. Badania wykazały, że polimery plazmowe generalnie mają w rzeczywistości wyższą właściwość dielektryczną. Niektóre polimery plazmowe zostały zastosowane jako chemiczne urządzenia sensoryczne ze względu na ich właściwości elektryczne. Polimery plazmowe badano jako chemiczne urządzenia sensoryczne między innymi dla wilgotności, propanu i dwutlenku węgla. Do tej pory problemy z niestabilnością, starzeniem i wilgocią ograniczały ich komercyjne zastosowania.
Zbadano również zastosowanie polimerów plazmowych jako powłok. Polimery plazmowe utworzone z tetrametoksysilanu badano jako powłoki ochronne i wykazano, że zwiększają twardość polietylenu i poliwęglanu . Coraz popularniejsze jest stosowanie polimerów plazmowych do powlekania soczewek plastikowych . Osady plazmowe są w stanie łatwo pokryć zakrzywione materiały o dobrej jednorodności, takie jak materiały dwuogniskowe . Różne zastosowane polimery plazmowe mogą być nie tylko odporne na zarysowania, ale także hydrofobowe, co prowadzi do efektu przeciwmgielnego. Powierzchnie polimerów plazmowych z przestrajalną zwilżalnością i odwracalnie przełączaną reaktywnością pH ukazują obiecujące perspektywy ze względu na ich unikalne właściwości w zastosowaniach, takich jak dostarczanie leków, inżynieria biomateriałów, procesy separacji oleju / wody, czujniki i ogniwa biopaliwowe.