Änderung von Größe und Morphologie von Mikropartikeln im Plasma
Single particles in contact with a plasma interact with the plasma species (ions, electron, neutrals), thus they usually charge negatively and undergo, dependent on their material, a so-called etching process. The charging of the particles is used in the field of dusty plasmas to create and investigate strongly coupled systems, while the etching processes lead to a reduction in particle size and a modification of the particle morphology. The particle size is a key feature for describing and modeling dusty plasmas, because the charge and thus the particle interaction forces directly depend on it. Although the etching processes are similar to those used in technical applications, such as the functionalization of surfaces or single atomic layer etching, they are sparsely investigated in the context of dusty plasmas.
This thesis concentrates on the time resolved in-situ measurement of size and optical properties of single particles in the plasma based on Mie-theory. The evaluation of the particle size enables a systematic investigation of the etching processes, the modelling of the underlying mechanism and to link both to the condition of the particle surface. The optical properties allow to directly access the morphology of the particle, connect it to the particle motion and its charging process and thus allows to access fundamental aspects of the plasma-particle-interaction.
In Kontakt mit einem Plasma wechselwirken einzelne Partikel mit den Plasmaspezies (Ionen, Elektronen und Neutralen), laden sich in der Regel negativ auf und unterliegen abhängig von ihrem Material sog. Ätzprozessen. Während die Aufladung der Partikel im Feld der staubigen Plasmen genutzt wird, um stark gekoppelte Vielteilchensysteme zu bilden und zu untersuchen, führen die Ätzprozesse oft zu einer Reduzierung der Partikelgröße und einer Modifizierung der Morphologie der Partikeloberfläche. Die Ätzprozesse ähneln dabei grundsätzlich denen aus technologischen Anwendungen, wie der Funktionalisierung von Oberflächen oder dem Ätzen einzelner atomarer Schichten von Oberflächen, sind im Kontext von staubigen Plasmen aber nur spärlich untersucht.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der zeitlich aufgelösten in situ Messung der Größe und optischen Eigenschaften einzelner Partikel im Plasma auf Grundlage der Mie-Theorie. Die Auswertung der Partikelgröße ermöglicht es, die ablaufenden Ätzprozesse systematisch zu untersuchen, die Mechanismen zu modellieren und mit den Eigenschaften der Partikeloberfläche zu verknüpfen. Die Auswertung der optischen Eigenschaften ermöglicht es darüber hinaus, die Änderung der Morphologie der Partikel im Experiment zugänglich zu machen und mit der Bewegung der Partikel und ihrem Aufladeprozess zu verknüpfen und so Grundlagen der Plasma-Partikel-Wechselwirkung zu untersuchen.
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