ES2662029T3 - Mejora de la modificación de una superficie con plasma mediante el uso de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia - Google Patents

Abstract

Un método de modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido (100) que comprende: - crear plasma (104) mediante al menos una fuente de plasma (106), y - aplicar el plasma (104) a al menos una parte de una superficie (314) del objeto sólido (100), caracterizado por que el método comprende además: - generar ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) mediante al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101), donde dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia se dirigen para propagarse hacia dicha superficie (314) del objeto (100) de modo que una capa límite laminar (313) de un gas o una mezcla de gases (500) en contacto con dicho objeto sólido (100) se elimina o se minimiza para al menos una parte de dicha superficie (314), y donde el nivel de presión sonora de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) es de al menos sustancialmente 140 dB y donde la potencia acústica de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y ondas alta potencia (102) generadas es de al menos sustancialmente 100 W.

Description

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DESCRIPCION

Mejora de la modificación de una superficie con plasma mediante el uso de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para la modificación de la superficie de un objeto con un plasma. La invención se refiere además a un sistema para la modificación de la superficie con plasma de un objeto y un objeto cuya superficie ha sido modificada por modificación de la superficie con plasma

Antecedentes de la invención

Un plasma es un gas ionizado. Las especies activas de iones, electrones, partículas neutras de alta energía, radicales, así como la emisión ultravioleta en plasmas pueden usarse para la modificación de superficies de materiales como activación/inactivación de superficie, mejora de la adherencia, mejora de la humectabilidad, mejora de la capacidad de impresión, limpieza de superficies, endurecimiento, reticulación, curado, secesión de cadenas de polímeros, coloración, rugosidad, incineración, grabado, esterilización, deposición de película delgada, síntesis de materiales (formación de partículas en la superficie, etc.), etc.

La modificación de la superficie con plasma generalmente se puede dividir en dos categorías con efectos opuestos, dependiendo principalmente del gas o gases de proceso utilizados. El primero principalmente corta las superficies, y se denomina habitualmente "tratamiento con plasma", "modificación de la superficie con plasma", "ablación con plasma" (R Li et al., Composites Pt.A 28A (1997) 73-86) o "plasma no formador de polímeros "(N Dilsiz J Adhesion Sci. Technol. 14 (7) (2000) 975-987). El segundo se denomina habitualmente "polimerización por plasma", "plasma formador de polímeros" (N Dilsiz J Adhesion Sci. Technol. 14 (7) (2000) 975-987) o deposición de vapor químico mejorada por plasma (PECVD). En lo que sigue "modificación de la superficie con plasma" se pretende que cubra ambos tipos, mientras que el "tratamiento con plasma" se usa para el primero y la "polimerización con plasma" se usa para el segundo.

Si el gas o gases utilizados tienen altas proporciones de átomos de carbono y de hidrógeno, doble enlaces o triples enlaces en su composición, tales como metano, etileno, acetileno y etanol, o si son precursores tales como gas de metal-orgánico (organometálicos), el plasma a menudo produce polimerización por plasma o PECVD. En este caso, los gases metalorgánicos son aquellos que contienen un metal, particularmente compuestos en los que el átomo de metal tiene un enlace directo con un átomo de carbono. De lo contrario, el plasma tendrá una tendencia a la ablación (tratamiento con plasma).

Existen varios plasmas, incluyendo plasmas de corriente continua, plasmas acoplados capacitivamente, plasmas pulsados, plasmas de magnetrón, plasmas de resonancia de ciclotrón de electrones, plasmas de acoplamiento inductivo, plasmas Helicón, plasmas de resonador helicoidal, plasmas de microondas y chorros de plasma (véase, por ejemplo, A Bogaerts et al. Spectrochimica Pt.B 57 (2002) 609-658). Muchos de ellos operan a bajas presiones, los cuales adolecen de los inconvenientes de que requieren costosos sistemas de vacío. Además, los métodos solo están bien desarrollados para tratamientos por lotes o semilotes. Para superar estos inconvenientes, se puede usar un sistema de modificación de la superficie con plasma a presión atmosférica que no solo evita la necesidad de equipos de vacío sino que también permite tanto la modificación superficial de objetos grandes como la modificación continua de la superficie de producción (véase, por ejemplo, C Tendero et al. Spectrochimica Pt.B 61 (2006) 2-30).

Un sistema de aplicación de plasma de la técnica anterior se muestra en la Figura 1 y se explica con más detalle a continuación. La Figura 1 ilustra un ejemplo de plasma acoplado capacitivamente del denominado tipo de descarga de barrera dieléctrica (DBD) bien conocido utilizable a presión atmosférica.

Otros tipos o variaciones de fuentes de plasma incluyen descargas de barrera dieléctrica (DBD) con una única barrera dieléctrica ubicada esencialmente en el medio entre los dos electrodos o con una sola barrera dieléctrica que cubre solo uno de los electrodos. Dichas fuentes de plasma también se denominan generalmente fuentes de descarga de volumen (VD) en las que puede tener lugar una microdescarga en canales delgados generalmente distribuidos aleatoriamente sobre la superficie del electrodo y/o del dieléctrico. Otras fuentes de plasma DBD incluyen las denominadas fuentes de plasma de descarga superficial (SD) que generalmente comprenden una serie de electrodos de superficie sobre una capa dieléctrica y un contraelectrodo en el lado inverso de la capa dieléctrica. Tales fuentes de plasma SD pueden incluir un denominado elemento de descarga SPCP (procesamiento químico de plasma inducido por descarga superficial) o elemento CDSD (descarga superficial difusa coplanar). En un SPCP, los electrodos se unen al dieléctrico o dieléctricos y en un CDSD los electrodos están incrustados en el dieléctrico o dieléctricos.

Otros tipos de fuentes de plasma son, por ejemplo, los llamados sopletes de plasma tales como sopletes de plasma de arco, sopletes de plasma frío (véase, por ejemplo, H Mortensen et al. Jpn. J Appl. Phys. 45 (10B) (2006) 85068511), chorro de plasma a presión atmosférica (APPJ), sopletes de tipo lápiz, sopletes de barrera y sopletes de

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microondas (véase, por ejemplo, C Tendero et al. Spectrochimica Pt.B 61 (2006) 2-30). Otro tipo de fuente de plasma es el denominado arco deslizante (véase, por ejemplo, A Fridman et al. J. Phys. D Appl. Phys. 38 (2005) R1- R24).

Los tipos adicionales de fuentes de plasma son plasmas de baja presión, descarga en corona (véase por ejemplo A Bogaerts et al. Spectrochimica Pt.B 57 (2002) 609-658) y microplasmas (véase por ejemplo V Karanassios Spectrochimica Acta Pt.B 59 (2003) 909-928). Véase por ejemplo A Bogaerts et al. Spectrochimica Pt.B 57 (2002) 609-658, U Kogelschatz Plasma Chem. Plasma Proc. 23 (1) (2003) 1-46, C Tendero et al. Spectrochimica Pt.B 61 (2006) 2-30 y A Fridman et al. J. Phys. D Appl. Phys. 38 (2005) R1-R24) para más detalles de plasmas y plasmas a presión atmosférica.

Los dos artículos 'Ozone generation by hollow-needle to plate electrical in an ultrasound field', J. Phys. D: Appl. Phys. 37 (2004) 1214-1220, y 'Ultrasound and airflow induced thermal instability suppression of DC corona discharge: an experimental study', Plasma Sources Sci. Technol. 15 (2006) 52-58 por Stanislav Pekárek, y Rudolf Bálek divulga la supresión de la descarga de corona de CC donde se usa ultrasonido o ultrasonido combinado con un flujo de aire en relación con un sistema de electrodo hueco aguja-placa para activar la descarga de corona para la producción de ozono.

El artículo 'Improvement of Charging Performance of Corona Charger in Electrophotography by Irradiating Ultrasonic Wave to Surrounding Region of Corona Electrode' (Kwang-Seok Choi, Satoshi Nakamura and Yuji Murata Jpn. J. Appl. Phys. 44(5A) (2005) 3248-3252) divulga la mejora de la velocidad de carga de un cargador corona en electrofotografía utilizando una onda ultrasónica donde la onda ultrasónica aumenta la densidad de carga en una capa aislante de un tambor de aluminio revestido utilizado en lugar de un tambor fotorreceptor utilizado para la impresión. Al menos algunos de los hallazgos en los artículos también se han divulgado en la solicitud de patente CZ 295687.

Los generadores de ultrasonidos divulgados en los tres artículos mencionados anteriormente están basados en transductores piezoeléctricos. No se mencionan los niveles de presión sonora específicos o preferidos de las ondas acústicas u ondas ultrasónicas emitidas o las ventajas de las mismas.

Además, los dos primeros artículos mencionan que las presiones acústicas desarrolladas mediante diseños ultrasónicos son, respectivamente, del orden de 2 y 10 kPa cerca de la superficie emisora del transductor a la frecuencia de ultrasonidos generada de 20,3 kHz. En el tercer artículo, el generador ultrasónico es un transductor piezoeléctrico tipo Langevin con abrazadera de perno, de 28 kHz, 50 mm de diámetro y 80 mm de altura. La potencia de entrada máxima es de 50 W. Estos valores dan una estimación del valor de presión acústica emitida de aproximadamente 2 kPa. Los valores de presión de 2 y 10 kPa corresponden a niveles de presión sonora muy altos de 160 y 174 dB por encima de la presión de referencia de 2 * 10-5 Pa. Se puede estimar que las presiones acústicas especificadas anteriormente a la frecuencia anterior corresponden a intensidades de ultrasonido de 4,4 y 20 kW/m2 o a los niveles de intensidad sonora de 156 y 163 dB por encima de la intensidad de referencia de 1 pW/m2.

Esto caracteriza a las ondas acústicas ultrasónicas que se aplican en al menos algunos de estos artículos como de alta intensidad.

Sin embargo, la potencia acústica proporcionada de acuerdo con los tres artículos es, de hecho, demasiado baja y demasiado localizada para permitir la minimización y/o eliminación uniforme de una capa límite laminar sobre un área relativamente importante de un objeto cuya superficie se va modificar por plasma.

Se puede describir una situación similar con respecto a la memoria descriptiva de la patente US-6.391.118. Esta divulga un método para eliminar partículas de la superficie de un artículo en un aparato que usa descarga en corona. Las partículas se alimentan con una carga eléctrica y posteriormente se aplica una onda ultrasónica o una corriente de gas sobre la superficie del artículo mientras se aplica un campo eléctrico para expulsar las partículas sólidas cargadas eléctricamente de la superficie. La aplicación de una onda ultrasónica y/o gas facilita aún más la eliminación de las partículas sólidas cargadas eléctricamente. La variedad de generadores (osciladores) ultrasónicos incluye aquí un oscilador piezoeléctrico, una membrana piezoeléctrica de polímero, un oscilador electroestrictivo, un oscilador Langevin (que es como se mencionó anteriormente solo un tipo especial de transductores piezoeléctricos), un oscilador magnetoestrictivo, un transformador electrodinámico y un transformador de capacitor El uso de tales osciladores proporciona una potencia acústica baja (no más de 50 W) y localizada. Es demasiado baja y está localizada para permitir una minimización y/o eliminación uniformes de una capa límite laminar sobre un área relativamente importante de un objeto cuya superficie se va a modificar por plasma. Además, no se proporciona ninguna divulgación de un nivel de presión sonora específico o preferido de las ondas ultrasónicas emitidas o las ventajas de las mismas. Además, la modificación de la superficie con plasma no se trata en esta memoria.

Además, no se proporciona ninguna mención o discusión de una capa límite laminar alrededor del objeto a modificar. La presencia de esta capa límite laminar obstaculiza el acceso de partículas energéticas de plasma (y por lo tanto la transferencia de masa y energía) a la superficie del objeto y, por lo tanto, reduce la eficacia del tratamiento

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con plasma. Es importante eliminar o reducir la capa límite laminar de manera sustancialmente uniforme sobre un área sustancial del objeto a modificar por plasma.

La Solicitud de patente US 2003/0165636 divulga un proceso para la modificación de la superficie con plasma a presión atmosférica de la superficie de un objeto donde la excitación de la superficie a tratar se realiza de manera que vibra y ondula, activando así la aplicación del plasma. La energía para la excitación de la superficie puede provenir del proceso de creación del plasma, de una fuente externa, o de una combinación de los mismos. La energía para la excitación de la superficie puede provenir de un generador de vibración que entra en contacto con el objeto a tratar o por contacto indirecto de un generador de vibración que emite ondas acústicas, por ejemplo, ondas ultrasónicas, al objeto a tratar de modo que provoque un plasma turbulento. No se divulga ningún nivel de presión sonora específico o preferido de las ondas acústicas o las ondas ultrasónicas o las ventajas de las mismas. Por lo tanto, se sugieren vibraciones y ondulaciones de excitación en la superficie, o en otras palabras, la generación de ondas acústicas superficiales y guiadas sobre el objeto para mejorar un tratamiento con plasma. Igualmente, se divulga que la vibración de la superficie a tratar puede ser el resultado de la excitación a una o varias frecuencias propias y sus armónicos asociados con el cuerpo del objeto a tratar. Por lo tanto, o bien el intervalo de la dimensión característica del objeto modificado (principalmente su grosor) está estrictamente limitado por la frecuencia operativa de la fuente de energía acústica utilizada, o dicha frecuencia está estrictamente determinada por la dimensión del objeto. También se divulga que la vibración de la superficie también puede ser el resultado de frecuencias forzadas cuando un generador externo de ondas acústicas emite frecuencias que no son armónicas de las frecuencias propias del objeto a tratar. Esto implica la generación de ondas acústicas superficiales (principalmente las ondas superficiales de Rayleigh).

Se mencionan los siguientes procedimientos de transferencia de potencia acústica a gas ambiente/plasma:

1. Generador acústico externo ^ Vibración de la superficie del objeto tratado ^ Vibración de las moléculas de

gas (partículas de plasma).

2. Generación de la vibración de la superficie del objeto tratado directamente, por ejemplo, a través de un

contacto acústico directo ^ Vibración de las moléculas de gas (partículas de plasma).

Ambos procedimientos requieren que las ondas acústicas superen la interfaz sólido/gas al menos una vez. Sin embargo, debido a una diferencia de más de cuatro órdenes de magnitud en la impedancia acústica para un sólido y un gas, la mayor parte de la potencia acústica generada no se puede emitir (y especialmente volver a emitir) a la atmósfera de gas y permanece en un sólido que en último término se convierte en energía térmica. Por lo tanto, no es posible de esta manera generar sonido o ultrasonido en el aire con una potencia que sea suficiente para eliminar o reducir la capa límite laminar en superficies suficientemente grandes. Además, no se proporciona ninguna mención o discusión de una capa límite laminar cerca de la superficie del objeto a modificar. La presencia de esta capa límite laminar dificulta el acceso de las partículas de plasma energético (y por lo tanto la transferencia de masa y energía) a la superficie del objeto y por lo tanto reduce la eficacia del tratamiento con plasma. Por lo tanto, es de primordial importancia no simplemente “agitar” la superficie y provocar de esa forma un plasma turbulento no controlado con una eficiencia y distribución espacial desconocidas, sino más bien eliminar o reducir la capa límite laminar de forma directa, eficiente y sustancialmente uniforme sobre un área sustancial del objeto a modificar por plasma.

La memoria de patente CN 1560316 desvela un proceso para la pulverización ultrasónica por plasma para el control de la porosidad del recubrimiento y mejorar la resistencia de unión del recubrimiento cuando una fuente de excitación ultrasónica está conectada en paralelo con un ánodo y un cátodo de la pistola de pulverización del dispositivo de pulverización de plasma y en el que el polvo rociado se calienta se calienta y el ultrasonido actúa sobre el plasma y simultáneamente sobre el polvo pulverizado en fusión. No se da ninguna mención o discusión de una capa límite laminar sobre la superficie del objeto a modificar. La presencia de esta capa límite laminar dificulta el acceso de las partículas de plasma energético (y por lo tanto la transferencia de masa y energía) a la superficie del objeto y por lo tanto reduce la eficiencia de la modificación de la superficie con plasma.

La potencia acústica generada es relativamente baja (en cualquier caso, inferior a 100 W) porque la potencia aplicada al transmisor de onda acústica es de 100 W, y la eficiencia de generación de sonido en una atmósfera de gas no puede exceder ~ 30 % incluso para el más eficaz de los transmisores ultrasónicos de chorro de gas, por no mencionar otros métodos. Esta es una potencia demasiado baja para permitir eficientemente una minimización y/o una eliminación sustancialmente uniforme de la capa límite laminar sobre un área sustancial de un objeto cuya superficie se va a modificar por plasma.

La solicitud de patente JP 11335869 A divulga un proceso para el tratamiento superficial y un dispositivo en el que por tanto las especies activadas en forma de gas se generan en un plasma y en el que la especie activada en forma de gas se somete a ultrasonidos y se pone en contacto con una superficie. Por lo tanto, se describe un tratamiento de superficie por un gas y no un tratamiento de superficie por un plasma.

Un impedimento principal para la transferencia o transmisión de energía y/o masa desde un plasma a una superficie sólida es la capa límite laminar entre el plasma y el objeto a tratar, que se adhiere a la superficie sólida. Incluso cuando el movimiento del gas es completamente turbulento, existe una capa límite laminar (como se explica con

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mayor detalle en relación con las Figuras 3a y 3b) que obstruye el transporte de masa y/o la transferencia de energía. Si bien se han sugerido varios métodos y tipos de aparatos para superar el problema, como conducir el plasma con ondas sónicas y hacer vibrar el objeto sólido con generadores de vibración externos, estos métodos, aunque eficaces hasta cierto punto, tienen una capacidad intrínsecamente limitada para generar una minimización efectiva de la capa límite laminar y al mismo tiempo cubrir un área lo suficientemente grande como para que el método sea eficiente.

Ninguna de las divulgaciones de la técnica anteriormente mencionadas especifican un nivel de potencia acústica suficiente para permitir una minimización y/o eliminación uniforme sustancial de la capa límite laminar sobre un área sustancial de un objeto para que el plasma modifique su superficie de manera eficiente. Además, la técnica anterior que implica transductores piezoeléctricos u otros transductores que implican un sólido para transferir la energía, solo proporciona la energía de una manera muy localizada, por ejemplo, muy cerca del transductor piezoeléctrico (u otro transductor sólido) y, por lo tanto, no es adecuado para una modificación de superficie uniforme.

Sumario de la invención

Es un objetivo de la invención proporcionar un método y un dispositivo para una modificación de superficie con plasma que alivie los inconvenientes mencionados anteriormente de la técnica anterior al menos hasta cierto punto.

Otro objetivo es permitir la mejora de una modificación de superficie con plasma de un objeto sólido o muestra.

Otro objetivo más es permitir que el plasma se sumerja más eficientemente e influya en la superficie de un objeto sólido o muestra.

Un objetivo adicional es acelerar el proceso de modificación de la superficie con plasma de un objeto.

Estos objetivos se logran al menos en cierta medida mediante un método de modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido que comprende: crear plasma por al menos una fuente de plasma y aplicar el plasma a al menos una parte de una superficie del objeto sólido, en el que el método comprende además: generar ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia por al menos un generador ultrasónico de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia, en el que dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia están dirigidas a propagarse hacia dicha superficie del objeto para que una capa límite laminar de un gas o una mezcla de gases en contacto con dicho objeto sólido sea eliminada o minimizada por al menos una parte de dicha superficie, y en el que un nivel de presión sonora de dicha intensidad ultrasónica generada y las ondas acústicas de alta potencia son al menos sustancialmente de 140 dB y cuando la potencia acústica de dichas ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia generadas es de al menos sustancialmente 100 W.

De esta manera, se obtiene una alta intensidad de sonido y potencia que permite una minimización sustancial y/o eliminación en un área sustancial de un objeto cuya superficie se va modificar por plasma, ya que un generador de onda acústica de chorro de gas es capaz de proporcionar una intensidad y potencia de sonido suficientemente altas.

En comparación, el área de superficie emisora de sonido de los transductores, por ejemplo como los descritos en los artículos de la técnica anterior mencionados anteriormente ('Ozone generation by hollow-needle to plate electrical in an ultrasound field'; 'Ultrasound and airflow induced thermal instability suppression of DC corona discharge: an experimental study' y 'Improvement of Charging Performance of Corona Charger in Electrophotography by Irradiating Ultrasonic Wave to Surrounding Region of Corona Electrode') es del orden de 2*10'3 metro2 y la potencia acústica emitida es 10-40 W.

La potencia acústica proporcionada por un generador de chorro de gas de alta potencia es capaz de generar potencias acústicas mucho más altas junto con niveles altos de presión sonora e intensidad de 140 o 150 a 170 dB (véase por ejemplo Y.Y. Borisov, Acoustic gas-jet generators of Hartmann type, en L. D. Rozenberg (ed.) Sources of High-Intensity Ultrasound (New York: Plenum: 1969) parte I y Levavasseur, R. High power generators of sound and ultrasound. Patente de los Estados Unidos, libro 116-137, N.° 2755767 (1956).

Se ha demostrado que una potencia acústica de aproximadamente 100 W o más mejora la modificación de la superficie con plasma de un objeto.

Un generador de chorro de gas de alta potencia normalmente tiene una potencia acústica de varios cientos de vatios (es decir, aproximadamente un orden de magnitud mayor que la salida de potencia acústica del transductor piezoeléctrico) y un nivel de presión sonora (SPL) típico de 160 dB a 10 cm del orificio del generador a la frecuencia de 20-30 kHz. Incluso una potencia acústica de 1-2 kW es alcanzable.

La razón física principal de una diferencia tan drástica en las salidas de potencia acústica de los generadores piezoeléctricos (u otros transductores acústicos de estado sólido) y de chorro de gas es que un transductor piezoeléctrico funciona al vibrar (usar sonido) un sólido que está en contacto con un gas y por lo tanto transfiere las vibraciones al gas. Debido a la tremenda diferencia en la impedancia acústica para un sólido y un gas (un

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denominado desequilibrio de impedancia acústica), la mayor parte de la potencia acústica generada no puede emitirse en el gas ambiental y permanece en un sólido. Esta se convierte en energía térmica y da como resultado un calentamiento del transductor.

En consecuencia, no es posible de esta manera generar sonido o ultrasonido en el gas con una potencia que sea suficiente para eliminar o reducir la capa límite laminar de un flujo de plasma en superficies suficientemente grandes. De hecho, un único transductor piezoeléctrico proporciona la radiación de ultrasonido de alta intensidad solo cerca de su superficie emisora e irradia un área superficial limitada que es comparable con el área de su superficie emisora. Esto se debe a la difracción de ondas acústicas, que es significativa cuando el diámetro del transductor es comparable con la longitud de onda acústica. De hecho, para una frecuencia de ultrasonido de 20-30 kHz en el aire, la longitud de onda es de aproximadamente 10-20 mm, lo que es del orden del diámetro real del transductor. En el caso de los transmisores ultrasónicos de chorro de gas, un medio vibrante no es un sólido sino un gas. Está claro que no existe ninguna discrepancia de impedancia y que se puede emitir una potencia acústica lo suficientemente alta en el gas ambiental. Además, la intensidad y los niveles de presión sonora de la radiación de ultrasonido permanecen muy altos a varias decenas de centímetros del orificio del transmisor de chorro de gas, mientras que el frente de onda acústica es amplio (a veces solo es un frente de onda esférica). De esta manera, es posible exponer grandes superficies a ultrasonidos de alta intensidad (intensidad del sonido y niveles de presión sonora de esencialmente 140 dB y superiores a aproximadamente 10 cm del orificio del generador) y eliminar o reducir la capa límite laminar de un gas o la del flujo de plasma sobre superficies grandes de manera eficiente mejorando de este modo la modificación de la superficie con plasma.

De esta forma, las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia eliminan o minimizan una capa límite laminar que rodea el objeto sólido como se explica con mayor detalle a continuación y en particular en relación con las Figuras 3a y 3b. Se ha demostrado que tal capa límite laminar de un flujo de plasma también dificulta la modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido.

El adelgazamiento o la destrucción de la capa límite laminar permite que las partículas de plasma puedan acceder más eficazmente e influir en la superficie del objeto sólido a tratar por el plasma.

Esto permitirá procesos de modificación de superficie con plasma más rápidos.

Reducir el tiempo necesario para la modificación de la superficie con plasma de uno o más objetos reduce el coste del proceso ya que el proceso es costoso y requiere mucha energía.

Además, cuanto menor es el tiempo que un objeto está sujeto a la modificación de la superficie con plasma, menor es el riesgo de deteriorar o degradar características físicas o químicas importantes (por ejemplo, sobrecalentamiento y agrietamiento localizado, agotamiento, envejecimiento por calor y electricidad, decoloración, etc.) del objeto tratado.

El uso de un generador de chorro de gas también evita que la superficie del objeto a modificar por plasma tenga su superficie sustancialmente vibrada.

En algunas realizaciones, el objeto u objetos sólidos pueden estar (total o parcialmente) cubiertos por una capa de un líquido o fluido durante la modificación de la superficie con plasma.

En una realización, el nivel de presión sonora de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas es

- al menos esencialmente 150 dB,

- al menos esencialmente 160 dB,

- al menos esencialmente 170 dB,

- al menos esencialmente 180 dB,

- al menos esencialmente 190 dB, o

- al menos esencialmente 200 dB.

donde el nivel de presión sonora está a 10 cm del orificio del generador.

En una realización, la potencia acústica de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas es

- al menos esencialmente 200 W,

- al menos esencialmente 300 W,

- al menos esencialmente 400 W,

- aproximadamente 400 W,

- mayor que esencialmente 400 W,

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- al menos esencialmente 500 W,

- al menos esencialmente 1 kW, o

- seleccionado de aproximadamente 1-2 kW.

Debe entenderse que, si se usan varios generadores acústicos, se pueden obtener incluso mayores potencias.

En una realización, la fuente de plasma comprende al menos una fuente seleccionada de un grupo de: una fuente de plasma de descarga de barrera dieléctrica (DBD), una fuente de plasma de descarga superficial (SD), una fuente de plasma de descarga de volumen (VD), una fuente de plasma de soplete, un soplete de plasma de arco, un soplete de plasma de arco deslizante, un soplete de plasma frío, un soplete de tipo lápiz, una fuente de plasma de corriente continua, una fuente de plasma acoplado capacitivamente, una fuente de plasma pulsado, una fuente de plasma magnetrón, una fuente de plasma de resonancia de ciclotrón de electrones, una fuente de plasma acoplado inductivamente, una fuente de plasma helicón, una fuente de plasma de resonador helicoidal, una fuente de plasma de microondas, una fuente de chorro de plasma a presión atmosférica (APPJ), un soplete de barrera, un soplete de arco de microondas, una fuente de plasma de descarga de corona, una fuente de microplasma, una fuente de plasma de baja presión y una fuente de plasma de alta presión.

En una realización, una presión de gas de trabajo en una entrada de al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia está entre aproximadamente 1,9 y aproximadamente 5 bar.

En una realización, el plasma se crea a presión atmosférica.

En una realización, la fuente de plasma comprende al menos un electrodo y en el que un electrodo de dicho al menos un electrodo es un tipo de electrodo de malla.

Esto permite que el gas/energía pase a través del electrodo 'superior' de una manera muy simple y eficiente.

En una realización, las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas se propagan hacia una membrana de modo que los gases utilizados por el al menos un generador ultrasónico de onda acústica de alta intensidad y alta potencia no se mezclen con uno o más gases usados por dicha fuente de plasma para crear dicho plasma.

En una realización, las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas se generan usando un medio gaseoso y donde las ondas acústicas se dirigen hacia dicha superficie del objeto y en el que dicho medio gaseoso después de la salida de dicho al menos un generador de choro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia se dirige lejos de dicha superficie del objeto.

En una realización, las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas no se solapan espacialmente con el flujo de gas de trabajo que sale del orificio del generador. Además, dado que las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia generadas están dirigidas hacia la superficie tratada y el gas que sale del generador de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia no se superpone en el espacio, el dicho gas de salida no se mezcla con uno o más gases usados por dicha fuente de plasma para crear dicho plasma.

De esta forma, se permite el control del entorno de gas para el proceso de generación de plasma.

En una realización, una mezcla de gases, que se usa para crear el plasma, se suministra a al menos un electrodo de la fuente de plasma esencialmente en una dirección en la que dichas ondas acústicas ultrasónicas se propagan hacia dicha superficie del objeto.

En una realización, el al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia se selecciona del grupo de:

- un generador de chorro de gas de tipo Hartmann,

- un generador de chorro de gas de tipo Levavasseur,

- un generador que comprende una parte exterior y una parte interior que definen un paso, una abertura y una cavidad dispuesta en la parte interior, donde dicho generador de choro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia está adaptado para recibir un gas presurizado y pasar el gas presurizado a dicha abertura, desde la cual el gas presurizado se descarga en un chorro hacia la cavidad,

- un generador de cualquiera de los tipos mencionados anteriormente, que incluye cualquier tipo de concentradores o reflectores de ondas acústicas.

En una realización, el objeto sólido es un artículo alimenticio, y el método comprende además aplicar vapor al

artículo alimenticio de modo que el artículo alimenticio se someta a vapor y plasma causando un proceso de

esterilización del artículo alimenticio.

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En una realización, la generación de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia comprende:

- generar ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia mediante un primer generador de ondas acústicas que utiliza un medio gaseoso, donde el medio gaseoso, después de la salida del primer generador de ondas acústicas, tiene una primera dirección principal que es diferente de una segunda dirección principal de las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia generadas por el primer generador de ondas acústicas,

- generar ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia mediante un segundo generador de ondas acústicas,

- donde el primer y el segundo generadores de ondas acústicas se encuentran relacionados entre sí de modo que al menos una parte de las ondas acústicas de alta intensidad generadas, siendo estas generadas por dicho segundo generador de ondas acústicas, se dirigen hacia al menos una parte del medio gaseoso después de salir de dicho primer generador de ondas acústicas.

En una realización, la modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido se selecciona del grupo de:

- activación y/o inactivación de la superficie,

- mejora de la adherencia

- mejora de la humectabilidad,

- mejora de la capacidad de impresión,

- limpieza de superficies,

- endurecimiento,

- reticulación,

- curado,

- Secesión de cadenas de polímeros

- coloración,

- rugosidad,

- incineración,

- grabado,

- esterilización,

- deposición de película delgada,

- síntesis de materiales, y

- formación de partículas en la superficie.

La presente invención también se refiere a un sistema correspondiente al método de la presente invención. Más específicamente, la invención se refiere a un sistema para la modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido que comprende: al menos una fuente de plasma adaptada para crear plasma aplicado a al menos una parte de una superficie del objeto sólido, en el que el sistema comprende además: al menos un generador ultrasónico de onda acústica de alta intensidad y alta potencia de chorro de gas adaptado para generar ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia dirigidas a propagarse hacia dicha superficie del objeto sólido de modo que una capa límite laminar de un gas o una mezcla de gases en contacto con dicho objeto sólido sea eliminada o minimizada por al menos una parte de dicha superficie, y donde el nivel de presión sonora de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas es al menos sustancialmente de 140 dB y donde la potencia acústica de dichas ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia generadas es de al menos 100 W.

La presente invención también se refiere a un objeto sólido que tiene una superficie que está siendo tratada por plasma en el que el objeto sólido se ha tratado con un método de acuerdo con cualquier realización de la presente invención.

Las realizaciones ventajosas del sistema se definen en las subreivindicaciones y se describen en detalle a continuación. Las realizaciones del sistema corresponden a las realizaciones del método y tienen las mismas ventajas por las mismas razones

Breve descripción de los dibujos

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se aclararán con referencia a las realizaciones ilustrativas mostradas en los dibujos, en los que:

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato de modificación de la superficie con plasma de la técnica anterior;

La Figura 2 ilustra esquemáticamente un diagrama de bloques de un aparato de modificación de la superficie con plasma;

La Figura 3a ilustra esquemáticamente un flujo (turbulento) sobre la superficie de un objeto sin aplicación de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia;

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La Figura 3b ilustra esquemáticamente un flujo sobre la superficie de un objeto donde se ilustra el efecto de aplicar ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia a/en aire/gas que rodea, o en contacto con una superficie de un objeto.

La Figura 4 ilustra esquemáticamente una realización de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado;

La Figura 5 ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado;

La Figura 6 ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado;

La Figura 7 ilustra esquemáticamente una realización de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado donde la fuente de plasma es una fuente de plasma de descarga superficial (SD);

La Figura 8 ilustra esquemáticamente una realización de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado donde la fuente de plasma es una fuente de plasma de soplete, por ejemplo, una fuente de plasma de arco deslizante;

La Figura 9 ilustra esquemáticamente una realización de un generador de chorro de gas de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia en la que un chorro de gas supersónico convergente sale por una boquilla anular y que frena en un resonador de seta tiene la forma de un disco (es decir, el denominado generador de ultrasonidos Hartmann de chorro de disco);

La Figura 10 es una vista transversal a lo largo del diámetro del generador de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (101) en la Figura 9 que ilustra más claramente la forma de una abertura (302), un paso de gas (303) y una cavidad (304);

La Figura 11 ilustra esquemáticamente otra realización de un generador acústico de alta intensidad y alta potencia en forma de un cuerpo alargado; y

La Figura 12 ilustra esquemáticamente una realización de un generador acústico de alta intensidad y alta potencia que comprende dos generadores.

En las Figuras, los mismos números de referencia indican características similares o correspondientes.

Descripción de las realizaciones preferidas

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato de modificación de la superficie con plasma de la técnica anterior. Se muestra un ejemplo de un generador de plasma o fuente de plasma, es decir, cualquier dispositivo o método capaz de crear un plasma (en lo sucesivo la fuente de plasma indicada) del bien conocido tipo de descarga de barrera dieléctrica (DBD) utilizable incluso a presión atmosférica. Se muestran una cantidad de gases (111), como He, Ar, O2, CO2 y NH3 suministrado a una unidad de mezcla de gases (110) mezclando los gases en una composición adecuada para el uso o aplicación dados. Los gases seleccionados para el plasma deben seleccionarse en función del tipo de modificación de la superficie y puede ser cualquier gas, que se utiliza normalmente para modificaciones conocidas de la superficie con plasma y/o similares. Los ejemplos específicos y típicos incluyen aire, gas natural, CH4, He, Ar, Ne, Xe, aire, n2, O2, H2O, CO2, compuesto de halógeno. Los ejemplos específicos y típicos incluyen He, Ar, Ne, Xe, N2, O2, H2O, CO2, gases compuestos de halógeno como los gases de freón (CF4, CHF3, C3F6, C4Fs etc.), gases halón, NH3, NF3, SF6, gases compuestos orgánicos (CH4, C2H6, C2H4, C2H2, C6H6, C2H5OH etc.), NOx, SO2, silanos etc. y mezclas de gases seleccionadas de ellos. Para estabilizar el plasma, el gas o los gases pueden diluirse con He, Ar, véase por ejemplo la Patente europea EP 0508833 B1.

Además, se muestran dos electrodos (103) separados con un espacio de descarga entre ellos, donde al menos uno de los electrodos (103) está unido o cubierto con un material aislante o dieléctrico (105) en un lado del electrodo orientado hacia el otro electrodo para evitar el arco. En la Figura, ambos electrodos (103) están unidos o cubiertos con material dieléctrico (105). Un electrodo (103) está conectado a una fuente de alimentación (114) adecuada, que suministra alta tensión de CA, por ejemplo, 0,1 kHz-500 kHz, entre los electrodos (103).

Además, se muestra una sonda de alta tensión (113) conectada a la fuente de alimentación (114) y un osciloscopio conectado a la sonda de alta tensión (113). La sonda de alta tensión se utiliza para controlar el voltaje aplicado, pero no es relevante ni influye en la modificación de la superficie.

La mezcla de gases se suministra desde la unidad de mezcla de gases (110) al área de descarga entre los dos electrodos (103) y, como resultado, se crea plasma (104) cuando se aplica voltaje a los electrodos (103). Una

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muestra u objeto (100) está localizado en el plasma (104) para la modificación de la superficie, tratamiento, procesamiento, etc. (en adelante solo se indica modificación de superficie).

Los ejemplos típicos de modificaciones superficiales son, por ejemplo, limpieza superficial, grabado, incineración, activación/inactivación de la superficie, mejora de la adherencia, preparación de superficies hidrófilas e hidrófobas, esterilización, deposición de película delgada, biocompatibilidad.

Una modificación de la superficie de un objeto (100) se puede mejorar como se muestra y se explica a continuación.

La Figura 2 ilustra esquemáticamente un diagrama de bloques de un proceso/aparato de modificación de superficie con plasma. Se ilustran una o más fuentes de plasma (106) que crean o suministran plasma (104) y uno o más objetos sólidos (100) situados en o en contacto con el plasma (104) por lo que el plasma (104) tratará o modificará la superficie del uno o más objetos sólidos (100).

Se ilustran adicionalmente uno o más generadores de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) que generan ultrasonidos de alta intensidad y alta potencia (102). De acuerdo con la presente invención, el ultrasonido (102) generado se aplica a al menos una parte de la superficie de uno o más objetos sólidos (100).

La solicitud de patente WO 2006/015604 A1, por uno de los solicitantes, describe un método y dispositivo para mejorar un proceso que implica un gas y un objeto sólido donde se usa ultrasonido para eliminar o minimizar una capa laminar límite. No se proporciona ninguna divulgación del proceso que sea una modificación de la superficie con plasma, un proceso relacionado con el plasma o un tratamiento superficial de un objeto.

Sin embargo, sorprendentemente se ha demostrado que la aplicación de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia también funciona para mejorar una modificación de la superficie con plasma de un objeto.

Aplicando ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia a uno o más objetos sólidos sometidos a modificación de la superficie con plasma, la modificación de la superficie con plasma de este o estos objetos se mejora enormemente, como se explica a continuación en relación con las Figuras 3a y 3b.

La presión de gas de trabajo a la entrada de los generadores de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) se puede optimizar para que se pueda generar alta presión acústica. Preferiblemente está entre 1,9 y 5 bar o entre 2,5 y 4 bar y generalmente dependerá del tipo de generador utilizado. La presión de gas a la salida de los generadores de chorro de gas de alta potencia es menor que en la entrada, y puede ser prácticamente igual a la presión de gas para la modificación de la superficie.

La presión de aire requerida para el funcionamiento de generadores ultrasónicos de chorro de gas de alta intensidad y alta potencia es de al menos más de 1,9 bar para operar en condiciones normales y la presión requerida para un funcionamiento óptimo que proporcione una generación estable de ultrasonidos con un SPL superior a 140 dB A 10 cm del orificio del generador es de 2,5 a 4 bar, dependiendo del tipo de generador.

La una o más fuentes de plasma (106) pueden ser cualquier fuente de plasma adecuada para la modificación de la superficie de al menos un objeto, por ejemplo fuentes tales como las descritas anteriormente y a continuación y/o combinaciones de las mismas o tales fuentes, por ejemplo usando uno o más gases, como se explicó anteriormente, al crear el plasma. La fuente o fuentes de plasma (106) se pueden elegir entre cualquiera de las existentes (tanto plasmas de baja como de alta presión), y más específicamente puede ser, por ejemplo, plasmas de corriente continua, plasmas capacitivamente acoplados, plasmas pulsados, plasmas de magnetrón, plasmas de resonancia de ciclotrón de electrones, plasmas de acoplamiento inductivo, plasmas de helicón, plasmas de resonador helicoidal, plasmas de microondas, DBD, SD, sopletes de plasma como sopletes de plasma de arco, sopletes de plasma frío, APPJ , sopletes de tipo lápiz, sopletes de barrera, sopletes de plasma de arco, sopletes de microondas, arco deslizante, descarga de corona y microplasmas.

La presión de gas para la modificación de la superficie es preferiblemente superior a 0,4 bar y puede estar alrededor de la presión atmosférica o más, de modo que la energía acústica se puede suministrar de manera eficiente. Por otro lado, es más fácil generar plasmas a presiones más bajas. Por lo tanto, la presión de gas para la modificación de la superficie es preferiblemente más de 0,4 bar y menor que la presión en la entrada de los generadores de chorro de gas de alta potencia. Una fuente de plasma más preferible puede ser DBD, SD, sopletes de plasma como sopletes de plasma de arco, sopletes de plasma frío, APPJ, sopletes de tipo lápiz, sopletes de barrera, sopletes de microondas, arco de deslizamiento, descarga de corona y microplasmas, que pueden operarse a las presiones mencionadas anteriormente.

El uno o más generadores de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) es un generador de chorro de gas de ondas acústicas y puede ser por ejemplo, uno o más generadores de chorro de gas de tipo Hartmann, uno o más generadores de chorro de gas de tipo Levavasseur, etc. o combinaciones de los mismos y como se explica a continuación y como se muestra en las Figuras 9-12.

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El uso de un generador de chorro de gas de ondas acústicas tiene ventajas como las descritas anteriormente en términos de potencia acústica, alta intensidad, impedancia acústica, etc.

Si se usa más de un solo generador de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia, no es necesario que sean del mismo tipo, aunque sí lo sean.

La modificación de la superficie puede ser, por ejemplo limpieza de la superficie, grabado, incineración, activación/inactivación de superficie, mejora de la adherencia, mejora de la humectabilidad, mejora de la capacidad de impresión, endurecimiento, reticulación, curado, secesión de cadenas de polímeros, coloración, rugosidad, preparación de superficies hidrófilas e hidrófobas, esterilización, deposición de película delgada, biocompatibilidad y síntesis de materiales (formación de partículas en la superficie, etc.), etc.

En una realización, el objeto a modificar su superficie es un artículo alimenticio y el vapor y el plasma se someten al artículo alimenticio para procesar el producto alimenticio. Este proceso generará radicales químicos y esterilizará el artículo alimenticio de una manera muy eficiente.

En algunas realizaciones, el objeto u objetos sólidos (100) (por ejemplo, placas de metal) pueden cubrirse (total o parcialmente) con una capa de un líquido o fluido durante la modificación de la superficie con plasma. El líquido o fluido puede reducirse o eliminarse durante la modificación de la superficie.

La Figura 3a ilustra esquemáticamente un flujo (turbulento) sobre una superficie de un objeto sin aplicación de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia.

Se muestra una superficie (314) de un objeto sólido (100) que tiene (al menos una parte de) su superficie (314) modificada por plasma donde un gas o una mezcla de gases (500) rodea o entra en contacto con la superficie (314) evitando así que el plasma se acerque e influya en la superficie de manera eficiente.

La energía térmica puede ser transportada a través del gas por conducción, así como por el movimiento del gas de una región a otra. Este proceso de transferencia de calor asociado con el movimiento del gas se conoce generalmente como convección. Cuando el movimiento del gas es causado solo por las fuerzas de flotación creadas por las diferencias de temperatura, el proceso normalmente se conoce como convección natural o libre; pero si el movimiento del gas es causado por algún otro mecanismo, generalmente se le denomina convección forzada. Con una condición de convección forzada, habrá una capa limítrofe laminar (311) cerca de la superficie (314). El espesor de esta capa es una función decreciente del número de flujo de Reynolds, de modo que a altas velocidades de flujo, el espesor de la capa límite laminar (311) disminuirá. Cuando el flujo se vuelve turbulento, la capa se divide en una capa límite turbulenta (312) y una capa límite laminar (313). Para casi todos los flujos de gas que ocurren en la práctica, el régimen de flujo será turbulento en la totalidad del volumen de flujo continuo, excepto para la capa límite laminar (313) que cubre la superficie (314) en la que el régimen de flujo es laminar. Considerando una molécula de gas o una partícula (315) en la capa límite laminar (313), la velocidad (316) será esencialmente paralela a la superficie (314) e igual a la velocidad de la capa límite laminar (313). El transporte de calor a través de la capa límite laminar será por conducción o radiación, debido a la naturaleza del flujo laminar.

Además, el transporte de masa a través de la capa límite laminar será únicamente por difusión. La presencia de la capa límite laminar (313) no proporciona un transporte de masa incrementado óptimo o eficiente. Cualquier transporte de masa a través de la capa límite será únicamente por difusión, y por lo tanto a menudo será el factor limitante final en un transporte de masa general.

El impedimento principal para la transferencia o transmisión de energía y/o masa de un gas a una superficie sólida es la capa límite del gas, la cual se adhiere a la superficie sólida. Incluso cuando el movimiento del gas es completamente turbulento, existe la capa límite laminar que obstruye el transporte de masa y/o la transferencia de calor. Aunque se han sugerido varios métodos y tipos de aparatos para superar el problema, como mediante medios como conducir el gas con ondas sónicas y hacer vibrar el objeto sólido (100) con generadores de vibración externos, estos métodos, aunque eficaces hasta cierto punto, son intrínsecamente limitados en su capacidad para generar una minimización efectiva de la capa límite laminar y al mismo tiempo cubrir un área lo suficientemente grande como para que el método sea eficiente.

La Figura 3b ilustra esquemáticamente un flujo sobre una superficie de un objeto donde se ilustra el efecto de aplicar ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia a/en aire/gas (500) que rodea o en contacto con una superficie de un objeto.

Más específicamente, la Figura 3b ilustra las condiciones cuando la superficie (314) de un objeto sólido (100) se aplica con ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia mediante un generador de chorro de gas de ondas acústicas (no se muestra; véase, por ejemplo, 101 en otras Figuras). Nuevamente, si se considera una molécula/partícula de gas (315) en la capa laminar; la velocidad (316) será esencialmente paralela a la superficie (314) e igual a la velocidad de la capa laminar antes de aplicar el ultrasonido. En la dirección del campo de sonido emitido a la superficie (314) en la Figura 3b, la velocidad de oscilación de la molécula (315) se ha incrementado

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significativamente según lo indicado por las flechas (317). Como ejemplo, se puede lograr una velocidad máxima de v = 4,5 m/seg y un desplazamiento de +/- 32 pm donde la frecuencia es f = 22 kHz y el nivel de presión sonora = 160 dB. El desplazamiento correspondiente (vertical) en la Figura 3a es esencialmente cero ya que la molécula sigue la corriente de aire laminar a lo largo de la superficie. Como resultado, las ondas acústicas establecerán un flujo de calor forzado y/o transporte de masa desde la superficie hasta el gas/aire (500) que rodea aumentando la conducción minimizando la capa límite laminar. El nivel de presión sonora es en una realización esencialmente de 140 dB o mayor. Además, el nivel de presión sonora puede seleccionarse dentro del intervalo de aproximadamente 140-160 dB. El nivel de presión sonora puede estar por encima de esencialmente 150 dB, por encima de esencialmente 160 dB, por encima de esencialmente 170 dB, por encima de esencialmente 180 dB, por encima de esencialmente 190 dB o por encima de esencialmente 200 dB.

El adelgazamiento o destrucción de la capa límite laminar tiene el efecto de que la transferencia de calor y el transporte de masa desde la superficie (314) al gas que rodea o de contacto (500) aumentan enormemente, ya que la presencia o el tamaño reducido de la capa límite laminar no retrasará más la transferencia de calor y/o el transporte de masa a la superficie del objeto u objetos sólidos (100) sometidos a modificación de la superficie con plasma, es decir, el plasma influirá más eficientemente en la superficie del objeto.

Se describen diversas realizaciones en relación con las siguientes Figuras.

La Figura 4 ilustra esquemáticamente una realización de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado.

Se muestra al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) que genera ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) que se propagan hacia y alcanzan una superficie de al menos un objeto (100) para someterse a la modificación de la superficie con plasma.

El al menos un objeto (100) para cambiar sus propiedades superficiales está sumergido o influenciado por plasma (104) creado por una fuente de plasma (106) usando el flujo de gas mostrado, los electrodos mostrados (103; 103'), y un aislante o material dieléctrico (105), por ejemplo, como se explica en relación con la Figura 1. La fuente de plasma (106) mostrada en particular es del tipo DBD pero podría ser de otro tipo.

El al menos un objeto (100) está en contacto o rodeado por un gas o una mezcla de gases (500) que, incluso cuando es turbulento, comprendería una capa límite laminar o una capa límite laminar no reducida como se muestra y se explica en relación con la Figura 3a cuando las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) no son aplicadas por un generador de chorro de gas (101).

El aislante o material dieléctrico (105) puede, por ejemplo comprender AhO3 o en general material que tiene una propiedad dieléctrica o cualquier clase de aislantes tales como cerámicas, polímeros y vidrios. Las cerámicas y los vidrios son más duraderos contra el plasma ya que tienen una resistencia a la temperatura relativamente alta. A menudo se prefieren, ya que generalmente tienen altas constantes dieléctricas y, por lo tanto, el plasma puede generarse y mantenerse a voltajes de CA más bajos.

Se muestra adicionalmente una bocina o similar (402) o medios que dirigen o guían el sonido que garantiza que la intensidad y la potencia del sonido estén contenidas y enfocadas hacia el plasma/objeto.

En una realización, una membrana (401) o similar está situada entre el generador de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) y el plasma. Esto permite el control del entorno de gas para el proceso de generación de plasma de modo que solo el flujo de gas recibido se use para crear el plasma. Esto puede ser útil para generadores accionados por gas (102) de modo que el gas de tales generadores no interfiera con la mezcla de gases utilizada para la creación de plasma. Otras realizaciones pueden excluir la membrana (401). La membrana (401) es preferiblemente relativamente delgada y relativamente transparente a los ultrasonidos. El grosor, el tamaño y/o la forma de la membrana (401) y la tensión aplicada pueden optimizarse para disminuir la pérdida de ultrasonido.

En algunas realizaciones, se puede prescindir de la membrana incluso aunque no se prefiera que se produzca una mezcla del medio gaseoso usado para generar las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia y el gas o gases utilizados para crear el plasma. Esto se puede lograr teniendo un generador de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia donde las ondas acústicas generadas se propagan generalmente en otra dirección distinta a la dirección general del medio gaseoso después de salir del generador de ondas acústicas.

En la Figura 12, se muestran dos de tales generadores donde la dirección general de las ondas acústicas generadas está en un ángulo con respecto a la dirección general del medio gaseoso después de la salida del generador.

Los generadores se pueden diseñar de modo que las dos direcciones sean aproximadamente opuestas. Por ejemplo, los generadores Hartmann de chorro de vástago que irradian ultrasonidos en el denominado régimen de alta frecuencia permiten una separación espacial “natural” del campo de ultrasonidos y el flujo de gas saliente (véase

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por ejemplo Y.Y. Borisov, Acoustic gas-jet generators of Hartmann type, en L. D. Rozenberg (ed.) Sources of High- Intensity Ultrasound (New York: Plenum: 1969) parte I). Dichos generadores pueden ser muy útiles para evitar el uso de una membrana ya que el medio gaseoso puede dirigirse lejos del plasma y el objeto en el que el plasma va a modificar su superficie. De esta forma, ningún gas o gases utilizados para generar las ondas acústicas influirán en el gas o gases del plasma. Debe entenderse que incluso en una disposición de este tipo, una membrana puede seguir siendo útil (aunque puede ser de un diseño diferente) ya que puede contener los gases utilizados para crear el plasma contenido, de modo que no se difundan en el entorno, lo que puede ser útil ya que algunos tienen un costo significativo.

Se pueden usar cualquier clase de membranas, siempre que no haya una pérdida significativa de ultrasonido ni una fuga de gas significativa. Siempre que se puedan formar películas delgadas, sus materiales se pueden elegir entre cualquier polímero termoplástico y termoestable, como poliésteres, tereftalato de polietileno, poliolefinas (polietileno de baja densidad (LD)), PE de alta densidad (HD), PE de ultra alta densidad, PE de peso molecular ultra-alto, polipropileno, poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno), poliestireno, poliimida, poliamida, poli(vinil vinil éter), poliisobutileno, policarbonato, poliestireno, poliuretano, poli(acetato de vinilo), poli-acrilonitrilo, cauchos naturales y sintéticos, aleaciones de polímeros, copolímeros y sus laminados. Pueden recubrirse con materiales orgánicos y/o inorgánicos utilizando cualquiera de las técnicas existentes. Entre ellas, se pueden utilizar materiales de menor densidad como PE. Además, se puede utilizar una lámina de metal como una membrana. Otros ejemplos son membranas de polímero recubiertas de metal (o material recubierto con material inorgánico) o laminadas.

Como alternativa, la membrana puede comprender o consistir en Aerogel.

En una realización, el electrodo ubicado entre el plasma (104) y el generador (101) es un tipo de electrodo de malla (103') u otro tipo de electrodo perforado. Esto permite que el ultrasonido generado pase virtualmente sin obstáculos al objeto o los objetos (100) sin perder una cantidad significativa de energía, de modo que estará presente tanta energía como sea posible para influenciar la subcapa laminar alrededor del objeto (100). Otras realizaciones pueden excluir el tipo de malla/electrodo perforado (103').

La dirección del gas de salida/mezcla de gases, usada para crear el plasma (104), y el ultrasonido (102) es bastante controlable y el ángulo entre sus direcciones principales puede variar. En la realización mostrada, el ángulo es de aproximadamente 90 °. Pero el ángulo puede ser en principio cualquier ángulo. En la Figura 5, por ejemplo, el ángulo es de aproximadamente 0 °.

El gas o la mezcla de gases utilizada para crear el plasma (104) también se puede usar para accionar el generador o los generadores acústicos de chorro de gas (101). El plasma (104) puede generarse antes, en o después del generador acústico (101).

La Figura 5 ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado. Esta realización corresponde a la realización mostrada y explicada en relación con la Figura 4, excepto que el gas para el plasma no se alimenta desde el lado sino desde la misma dirección que las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102).

La Figura 6 ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado. Esta realización corresponde a la realización mostrada y explicada en relación con la Figura 4, excepto que no comprende una membrana. Tal realización es adecuada para plasma de aire ambiental o normal. En una realización de este tipo sin membrana, se puede usar también un flujo de aire a alta velocidad para la generación de ultrasonidos de alta intensidad y alta potencia como gas de proceso para el plasma.

La Figura 7 ilustra esquemáticamente una realización de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado donde la fuente de plasma es una fuente de plasma de descarga superficial (SD). La realización mostrada corresponde a la realización mostrada y explicada en relación con la Figura 4, excepto que en lugar de una fuente de plasma DBD comprende una fuente de plasma de descarga superficial (SD) (106) que comprende un único aislante o material dieléctrico (105) y varios electrodos (103) incrustados en el aislador o el material dieléctrico (105). La fuente de plasma SD mostrada comprende un denominado elemento de descarga CDSD. En otra alternativa, podría comprender un elemento de descarga SPCP o de otro tipo de fuente de plasma SD. Como alternativa al flujo de gas que se recibe desde el lateral, podría suministrarse en la dirección de las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia, por ejemplo como se muestra en la Figura 5 o de otra manera.

La Figura 8 ilustra esquemáticamente una realización de un aparato de modificación de la superficie con plasma mejorado donde la fuente de plasma es una fuente de plasma de soplete, por ejemplo una fuente de plasma de arco deslizante. La realización mostrada corresponde a la realización mostrada y explicada en relación con la Figura 4, excepto que en lugar de una fuente de plasma DBD comprende una fuente de plasma de soplete, por ejemplo, una fuente de plasma de arco deslizante.

La fuente de plasma de soplete podría por ejemplo ser un diseño de soplete de barrera o un diseño de soplete de plasma frío como es bien conocido en la técnica.

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La Figura 9 ilustra esquemáticamente una realización de un generador de chorro de gas de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia en forma de un chorro de disco con forma de disco (es decir, un generador de ultrasonidos Hartmann de chorro de disco). Se muestra una realización de un generador de ultrasonidos de alta intensidad (101), en este ejemplo un generador denominado de chorro de disco. El generador (101) comprende una parte exterior generalmente anular (305) y una parte interior generalmente cilíndrica (306), en la que se rebaja una cavidad anular

(304) . A través de un paso anular de gas (303) pueden difundirse gases a la abertura anular (302) desde la cual puede transportarse a la cavidad (304). La parte exterior (305) puede ser ajustable en relación con la parte interior (306), por ejemplo proporcionando un hilo u otro dispositivo de ajuste (no mostrado) en la parte inferior de la parte exterior (305), que además puede comprender medios de sujeción (no mostrados) para bloquear la parte exterior

(305) en relación con la parte interior (306), cuando se ha obtenido el intervalo deseado entre ellos. Tal dispositivo de ultrasonidos puede generar una frecuencia de aproximadamente 22 kHz a una presión de gas de 4 atmósferas. Las moléculas del gas pueden así migrar hasta 33 gm aproximadamente 22.000 veces por segundo a una velocidad de 4,5 m/s. Estos valores se incluyen solamente para dar una idea del tamaño y las proporciones del dispositivo de ultrasonidos y de ningún modo para limitar la realización mostrada.

La Figura 10 es una vista transversal a lo largo del diámetro del generador de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (101) en la Figura 9 que ilustra más claramente la forma de una abertura (302), un paso de gas (303) y una cavidad (304). Como se menciona en relación con la Figura 9, la abertura (302) es generalmente anular. El paso de gas (303) y la abertura (302) están definidos por la parte exterior esencialmente anular (305) y la parte interior esencialmente cilíndrica (306) dispuesta en su interior. El chorro de gas descargado desde la abertura (302) choca con la cavidad esencialmente circunferencial (304) formada en la parte interior (306), y luego sale del generador de ultrasonidos de alta intensidad (101). Como se mencionó anteriormente, la parte exterior (305) define el exterior del paso de gas (303) y se bisela adicionalmente en un ángulo de aproximadamente 30° a lo largo de la superficie exterior de su circunferencia interior formando la abertura del generador de ultrasonidos de alta intensidad, desde donde el chorro de gas puede expandirse cuando se difunde. Junto con un biselado correspondiente de aproximadamente 60° en la superficie interna de la circunferencia interna, el biselado anterior forma un borde circunferencial de ángulo agudo que define la abertura (302) externamente. La parte interior (306) tiene un biselado de aproximadamente 45° en su circunferencia exterior que mira hacia la abertura y define internamente la abertura (302). La parte exterior (305) puede ajustarse en relación con la parte interior (306), por lo que puede ajustarse la presión del chorro de gas que golpea la cavidad (304). La parte superior de la parte interior (306), en la que la cavidad (304) está rebajada, también está biselada en un ángulo de aproximadamente 45° para permitir que el chorro de gas oscilante se expanda en la abertura del generador de ultrasonidos de alta intensidad.

La Figura 11 ilustra esquemáticamente otra realización de un generador de onda acústica de alta intensidad y alta potencia en forma de un cuerpo alargado. Se muestra un generador de chorro de gas de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (101) que comprende un cuerpo alargado esencialmente en forma de raíl, donde el cuerpo es funcionalmente equivalente con las realizaciones mostradas en las Figuras 9 y 10. En esta realización, la parte exterior comprende una parte en forma de raíl (305), que junto con una otra parte en forma de raíl (306) forma un dispositivo de ultrasonidos (101). Se proporciona un paso de gas (303) entre la parte en forma de raíl (305) y la otra parte en forma de raíl (306). El paso de gas tiene una abertura (302) que transporta el gas emitido desde el conducto de gas (303) a una cavidad (304) prevista en la otra parte en forma de raíl (306). Una ventaja de esta realización es que un cuerpo con forma de raíl puede recubrir un área superficial mucho más grande que un cuerpo circular. Otra ventaja de esta realización es que el generador de onda acústica de alta intensidad y alta potencia puede fabricarse en un proceso de extrusión, con lo que se reduce el coste de los materiales.

La Figura 12 ilustra esquemáticamente una realización de un generador acústico de alta intensidad y alta potencia que comprende dos generadores. Se muestra un ejemplo de dos generadores de chorro de gas de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (101; 101'), un primero (101) y un segundo (101'), donde cada generador (101; 101') genera ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) usando un medio gaseoso (121). El medio gaseoso (121) sale de cada generador (101) en una dirección principal indicada esquemáticamente por la flecha (A, A') en forma de cono, como se representa por el área rayada, hacia el uno o más objetos sólidos (100) para que su superficie sea modificada por plasma.

Las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas por el primer generador (101) se propagan en una dirección principal como se indica esquemáticamente por las flechas (B) que es diferente a la dirección general del medio gaseoso (A) desde el primer generador (101) debido al diseño del generador de ondas acústicas de alta potencia (101).

Las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas por el segundo generador (101') se propagan en una dirección general como se indica esquemáticamente por la flecha (B').

Un ejemplo de un generador de ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia que funciona de una manera como esta se muestra y explica en relación con la Figura 11. Este diseño genera ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia esencialmente en una línea (vista desde arriba), mientras que el diseño de las Figuras 9 y 10 genera ondas de forma esencialmente circular.

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El primer (101) y el segundo generador de ondas acústicas de alta potencia (101') están situados uno con respecto al otro de modo que al menos una parte de las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas a partir del segundo generador de ondas acústicas (101') tenga una dirección general (B') dirigida hacia al menos una parte del medio gaseoso (121) del primer generador de ondas acústicas (101) y que al menos una parte de las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas a partir del primer generador de ondas acústicas (101) tenga una dirección general (B) que está dirigida hacia al menos una parte del medio gaseoso (121) desde el segundo generador de ondas acústicas (101').

Al dirigir las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia generadas por el segundo generador (101) directamente hacia el medio gaseoso (121) desde el primer generador (101), la energía se suministra de la manera más directa posible para que influya directamente en el medio gaseoso (121) aumentando así la eficacia o la turbulencia del medio gaseoso.

Esto proporciona una configuración muy compacta y eficiente ya que el medio gaseoso de cada generador se ve reforzado por las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia de otro generador que utiliza un total de solo dos generadores.

Si se usase un solo generador (101), la diferencia entre las direcciones generales de las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (B o B') y la dirección general del medio gaseoso (A o A') para un solo generador (101) causaría una pérdida de eficiencia ya que las ondas acústicas no coinciden con el medio gaseoso (121).

La ubicación de los generadores (101; 101') en relación entre sí puede variar. Un ejemplo es, por ejemplo, cuando los dos generadores están uno frente al otro movidos o desplazados, pero donde las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia aún influyen directamente en el medio gaseoso del otro generador.

En la Figura, los tamaños, direcciones, etc. mostrados de los conos (121; 102) no se relacionan con ninguna propiedad física específica, como la intensidad de la onda acústica, etc., sino que sirven solamente para fines ilustrativos. Las intensidades y/o la potencia de los dos generadores (101) pueden ser iguales o diferentes (siendo cualquiera de ellos uno mayor que el otro). Además, las formas, tamaños y direcciones pueden variar de una aplicación a otra.

La ubicación específica de uno de los generadores (101; 101') también puede variar en relación con el otro generador y puede, por ejemplo colocarse arriba o por encima de y/o por ejemplo enfrentado, al otro generador (101); siempre que las ondas acústicas (102) de un generador (101) influyan directamente en el medio gaseoso (121) del otro generador (101) y viceversa.

Aunque este ejemplo particular muestra dos generadores, debe entenderse que una disposición dada puede comprender generadores adicionales.

El medio gaseoso (102) puede ser en general cualquier medio gaseoso. En una realización, el medio gaseoso (102) es vapor. En una realización alternativa, el medio gaseoso (102) comprende uno o más gases usados para crear el plasma para modificar la superficie del objeto sólido.

Debe observarse que uno o más de los generadores acústicos mostrados en relación con la Figura 12 o cualquier otra Figura podría comprender uno o más reflectores, por ejemplo de forma generalmente parabólica o elíptica para dirigir la energía acústica a una región o mancha preferida.

Debe enfatizarse que el término “comprende/que comprende” cuando se usa en esta memoria descriptiva se considera que especifica la presencia de las características, números enteros, etapas o componentes indicados, pero no excluye la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas, componentes y/o grupos de los mismos.

En las reivindicaciones, los signos de referencia colocados entre paréntesis no se interpretarán como limitantes de la reivindicación. La palabra “que comprende” no excluye la presencia de elementos o etapas distintos de los enumerados en una reivindicación. La palabra “uno” o “una” que precede a un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos.

La invención puede implementarse mediante hardware que comprende varios elementos distintos, y por medio de un ordenador o procesador adecuadamente programado. En las reivindicaciones de sistema y dispositivo que enumeran varios medios, varios de estos medios pueden ser realizados por uno y el mismo elemento de hardware. El mero hecho de que se enumeren ciertas medidas en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no se pueda utilizar con ventaja.

Claims (28)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un método de modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido (100) que comprende:

   - crear plasma (104) mediante al menos una fuente de plasma (106), y

   - aplicar el plasma (104) a al menos una parte de una superficie (314) del objeto sólido (100),

   caracterizado por que el método comprende además:

   - generar ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) mediante al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101), donde dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia se dirigen para propagarse hacia dicha superficie (314) del objeto (100) de modo que una capa límite laminar (313) de un gas o una mezcla de gases (500) en contacto con dicho objeto sólido (100) se elimina o se minimiza para al menos una parte de dicha superficie (314), y donde el nivel de presión sonora de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) es de al menos sustancialmente 140 dB y donde la potencia acústica de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y ondas alta potencia (102) generadas es de al menos sustancialmente 100 W.
2. 2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho nivel de presión sonora de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas es

   - al menos esencialmente 150 dB,

   - al menos esencialmente 160 dB,

   - al menos esencialmente 170 dB,

   - al menos esencialmente 180 dB,

   - al menos esencialmente 190 dB, o

   - al menos esencialmente 200 dB.
3. 3. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dicha potencia acústica de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas es

   - al menos esencialmente 200 W,

   - al menos esencialmente 300 W,

   - al menos esencialmente 400 W,

   - aproximadamente 400 W,

   - mayor de esencialmente 400 W,

   - al menos esencialmente 500 W,

   - al menos esencialmente 1 kW, o

   - seleccionado de aproximadamente 1-2 kW.
4. 4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dicha fuente de plasma (106) comprende al menos una fuente seleccionada de un grupo de: una fuente de plasma de descarga de barrera dieléctrica (DBD), una fuente de plasma de descarga superficial (SD), una fuente de plasma de descarga de volumen (VD), una fuente de plasma de soplete, un soplete de plasma de arco, un soplete de plasma de arco deslizante, un soplete de plasma frío, un soplete de tipo lápiz, una fuente de plasma de corriente continua, una fuente de plasma acoplado capacitivamente, una fuente de plasma pulsado, una fuente de plasma de magnetrón, una fuente de plasma de resonancia de ciclotrón de electrones, una fuente de plasma de acoplamiento inductivo, una fuente de plasma helicón, una fuente de plasma de resonador helicoidal, una fuente de plasma de microondas, una fuente de chorro de plasma a presión atmosférica (APPJ), un soplete de barrera, un soplete de microondas de arco, una fuente de plasma de descarga de corona, una fuente de microplasma, una fuente de plasma de baja presión y una fuente de plasma de alta presión.
5. 5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que una presión de gas de trabajo en una entrada de dicho al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) está a entre aproximadamente 1,9 y aproximadamente 5 bares.
6. 6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicho plasma (104) se crea a presión atmosférica.
7. 7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicha fuente de plasma (106) comprende al menos un electrodo (103; 103') y en el que un electrodo (103') de dicho al menos un electrodo (103; 103') es un electrodo de tipo de malla.
8. 8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas se propagan hacia una membrana (401), de modo que cualquier gas utilizado

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   por al menos un generador ultrasónico de onda acústica de alta intensidad y alta potencia (101) no se mezcla con uno o más gases (111) usados por dicha fuente de plasma (106) para crear dicho plasma (104).
9. 9. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 1-8, en el que las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas se generan usando un medio gaseoso (121) y donde las ondas acústicas (102) se dirigen hacia dicha superficie (314) del objeto (100) y en el que dicho medio gaseoso (121) después de la salida de dicho al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) se dirige alejándose de dicha superficie (314) del objeto (100).
10. 10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que una mezcla de gases (111) utilizada para crear el plasma (104) se suministra a al menos un electrodo (103; 103') de la fuente de plasma (106) esencialmente en una dirección en la que dichas ondas acústicas ultrasónicas se propagan hacia dicha superficie (314) del objeto (100).
11. 11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que dicho al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) se selecciona del grupo de:

    - un generador de chorro de gas de tipo Hartmann,

    - un generador de chorro de gas de tipo Levavasseur,

    - un generador que comprende una parte exterior (305) y una parte interior (306) que definen un paso (303),

    una abertura (302) y una cavidad (304) dispuesta en la parte interior (306), donde dicho generador de choro de

    gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) está adaptado para recibir un gas presurizado y pasar el gas presurizado a dicha abertura (302), desde la cual el gas presurizado se descarga en un chorro hacia la cavidad (304),

    - un generador de uno cualquiera de los tipos mencionados anteriormente, que incluye cualquier tipo de concentradores o reflectores de ondas acústicas.
12. 12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que dicho objeto sólido (100) es un artículo alimenticio, y el método comprende además aplicar vapor al artículo alimenticio de modo que se somete el artículo alimenticio a vapor y plasma causando un proceso de esterilización del artículo alimenticio.
13. 13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que dichas generación de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) comprende:

    - generar ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) mediante un primer generador de ondas acústicas (101) que utiliza un medio gaseoso (121), donde el medio gaseoso (121), después de la salida del primer generador de ondas acústicas (101), tiene una primera dirección principal (A) que es diferente de una segunda dirección principal (B) de las ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas por el primer generador de ondas acústicas (101),

    - generar ondas acústicas de alta intensidad y alta potencia (102) mediante un segundo generador de ondas acústicas (101'),

    - donde el primer (101) y el segundo generadores de ondas acústicas (101') están situados uno con respecto al otro de manera que al menos una parte de las ondas acústicas de alta intensidad (102) generadas, que son generadas por dicho segundo generador de ondas acústicas (101'), se dirige hacia al menos una parte del medio gaseoso (12) después de salir de dicho primer generador de ondas acústicas (101).
14. 14. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que dicha modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido (100) se selecciona del grupo de:

    - activación y/o desactivación de la superficie,

    - mejora de la adherencia

    - mejora de la humectabilidad,

    - mejora de la capacidad de impresión,

    - limpieza de superficies,

    - endurecimiento,

    - reticulación,

    - curado,

    - secesión de cadenas de polímeros

    - coloración,

    - rugosidad,

    - incineración,

    - grabado,

    - esterilización,

    - deposición de película delgada,

    - síntesis de materiales, y

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    - formación de partículas en la superficie.
15. 15. Un sistema para la modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido (100), que comprende:

    - al menos una fuente de plasma (106) adaptada para crear plasma (104) aplicado a al menos una parte de una superficie (314) del objeto sólido (100),

    caracterizado por que el sistema comprende además:

    - al menos un generador de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) adaptado para generar ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) dirigidas para propagarse hacia dicha superficie (314) del objeto sólido (100) de modo que una capa límite laminar (313) de un gas o de una mezcla de gases (500) en contacto con dicho objeto sólido (100) se elimina o se minimiza para al menos una parte de dicha superficie (314), y donde el nivel de presión sonora de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas es de al menos sustancialmente 140 dB y donde la potencia acústica de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) es de al menos 100 W.
16. 16. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el nivel de presión sonora de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas es

    - al menos esencialmente 150 dB,

    - al menos esencialmente 160 dB,

    - al menos esencialmente 170 dB,

    - al menos esencialmente 180 dB,

    - al menos esencialmente 190 dB, o

    - al menos esencialmente 200 dB.
17. 17. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-16, en el que dicha potencia acústica de dichas ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas es

    - al menos esencialmente 200 W,

    - al menos esencialmente 300 W,

    - al menos esencialmente 400 W,

    - aproximadamente 400 W,

    - mayor de esencialmente 400 W,

    - al menos esencialmente 500 W,

    - al menos esencialmente 1 kW, o

    - seleccionado de aproximadamente 1 y 2 kW.
18. 18. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-17, en el que dicha fuente de plasma (106) comprende al menos una fuente seleccionada de un grupo de: una fuente de plasma de descarga de barrera dieléctrica (DBD), una fuente de plasma de descarga superficial (SD), una fuente de plasma de descarga de volumen (VD), una fuente de plasma de soplete, un soplete de plasma de arco, un soplete de plasma de arco deslizante, un soplete de plasma frío, un soplete de tipo lápiz, una fuente de plasma de corriente continua, una fuente de plasma acoplado capacitivamente, una fuente de plasma pulsado, una fuente de plasma de magnetrón, una fuente de plasma de resonancia de ciclotrón de electrones, una fuente de plasma de acoplamiento inductivo, una fuente de plasma helicón, una fuente de plasma de resonador helicoidal, una fuente de plasma de microondas, una fuente de chorro de plasma a presión atmosférica (APPJ), un soplete de barrera, un soplete de microondas de arco, una fuente de plasma de descarga de corona, una fuente de microplasma, una fuente de plasma de baja presión y una fuente de plasma de alta presión.
19. 19. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-18, en el que una presión de gas de trabajo en una entrada de dicho al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) está a entre aproximadamente 1,9 y aproximadamente 5 bares.
20. 20. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-19, en el que dicho plasma (104) se crea a presión atmosférica.
21. 21. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-20, en el que dicha fuente de plasma (106) comprende al menos un electrodo (103; 103') y en el que un electrodo (103') de dicho al menos un electrodo (103; 103') es un tipo de electrodo de malla.
22. 22. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-21, en el que dicho sistema comprende además una membrana (401) y donde el sistema está adaptado para propagar las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia generadas hacia la membrana (401) de modo que cualquier gas usado por al menos un generador de ultrasonidos de alta intensidad y ondas acústicas de alta potencia (101) no se mezcle con uno o

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    más gases (111) usados por dicha fuente de plasma (106) para crear dicho plasma (104).
23. 23. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15-22, en el que las ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (102) generadas se generan usando un medio gaseoso (121) y donde las ondas acústicas (102) se dirigen hacia dicha superficie (314) del objeto (100) y en el que dicho medio gaseoso (121) después de la salida de dicho al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) se dirige alejándose de dicha superficie (314) del objeto (100).
24. 24. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-23, en el que dicha fuente de plasma (106) comprende al menos un electrodo (103; 103') y en el que una mezcla de gases (111) usada para crear el plasma (104) se suministra a al menos un electrodo (103; 103') esencialmente en una dirección en la que dichas ondas acústicas ultrasónicas se propagan hacia dicha superficie (314) del objeto (100).
25. 25. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-24, en el que dicho al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) se selecciona del grupo de:

    - un generador de chorro de gas de tipo Hartmann,

    - un generador de chorro de gas de tipo Levavasseur,

    - un generador que comprende una parte exterior (305) y una parte interior (306) que definen un paso (303),

    una abertura (302) y una cavidad (304) dispuesta en la parte interior (306), donde dicho generador de choro de

    gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) está adaptado para recibir un gas presurizado y pasar el gas presurizado a dicha abertura (302), desde la cual el gas presurizado se descarga en un chorro hacia la cavidad (304),

    - un generador de uno cualquiera de los tipos mencionados anteriormente, que incluye cualquier tipo de concentradores o reflectores de ondas acústicas.
26. 26. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-25, en el que dicho objeto sólido (100) es un artículo alimenticio, y donde dicho sistema comprende además medios para aplicar vapor al artículo alimenticio de modo que se somete el artículo alimenticio a vapor y plasma causando un proceso de esterilización del artículo alimenticio.
27. 27. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-26, en el que dicho al menos un generador de chorro de gas de ondas acústicas ultrasónicas de alta intensidad y alta potencia (101) comprende

    - un primer generador de ondas acústicas (101) para generar ondas acústicas de alta intensidad (102) usando un medio gaseoso (101) donde el medio gaseoso (101) después de salir de dicho primer generador de ondas acústicas (101) tiene una primera dirección principal (A) que es diferente de una segunda dirección principal (B) de ondas acústicas de alta intensidad (102) generadas que son generadas por dicho primer generador de ondas acústicas (101), y

    - al menos un segundo generador de ondas acústicas (101') para generar ondas acústicas de alta intensidad (102),

    donde dichos primer (101) y segundo (101') generadores de ondas acústicas están situados uno con respecto al otro de manera que al menos una parte de las ondas acústicas de alta intensidad (102) generadas, que son generadas por uno de dichos primer (101) y segundo (101') generadores de ondas acústicas, se dirige hacia al menos una parte del medio gaseoso (101) después de salir del otro de dichos primer (101) y dicho segundo (101') generadores de ondas acústicas.
28. 28. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15-27, en el que dicha modificación de la superficie con plasma de un objeto sólido (100) se selecciona del grupo de:

    - activación y/o desactivación de la superficie,

    - mejora de la adherencia

    - mejora de la humectabilidad,

    - mejora de la capacidad de impresión,

    - limpieza de superficies,

    - endurecimiento,

    - reticulación,

    - curado,

    - secesión de cadenas de polímeros

    - coloración,

    - rugosidad,

    - incineración,

    - grabado,

    - esterilización,

    - deposición de película delgada,

    - síntesis de materiales, y

    - formación de partículas en la superficie.