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昆山国华低温等离子设备的应用范围

发布时间:2019-10-09 点击次数:214

低温等离子放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体,也叫非平衡态等离子体。

如果电子的温度和重粒子温度差不多,则为高温等离子体,或平衡态等离子体。

低温等离子体中能量的传递大致为:电子从电场中得到能量,通过碰撞将能量转化为分子的内能和动能,获得能量的分子被激发,与此同时,部分分子被电离,这些活化了的粒子相互碰撞从而引起一系列复杂的物理化学反应。因等离子体内富含的大量活性粒子如离子、电子、激发态的原子和分子及自由基等,从而为等离子体技术通过化学反应处理异味物质提供了条件。它是基于放电物理、放电化学、反应工程学的学科之上的交叉学科。近几十年来,有关等离子体技术的研究非常活跃,为合成新物质、新材料及环境污染治理等提供了一种新技术、新方法和新工艺。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。但是,无论是哪一种高压放电技术,都是通过高压放电的原理,必须充分考虑到爆炸问题,特别是在易燃易爆的化工场合。

我们知道了等离子清洗机产生的等离子体属于低温等离子体中的冷等离子范畴,那么低温等离子体具有什么特征,在工业上又有哪些应用呢?

低温等离子体在应用上具有两个主要特征:与常规的物理、化学的其他方法相比,等离子体具有更高的温度和能量密度;等离子体能够产生活性成分,从而引发在常规化学反应中不能或难以实现的物理变化和化学反应。活性成分包括紫外和可见光子、电子、离子、自由基团等;高反应性的中性成分,如活性原子(O、F等);受激原子态;活性分子碎片,如单体。

低温等离子体放电产生具有化学特性的微粒,这个显著的特点被广泛应用于材料表面改性。与传统的工艺相比较,等离子体技术应用的优点包括:

①不会改变基体固有性能,改性作用仅仅发生在表面,约几到几十个纳米,如半导体纳米蚀刻。

②全程干燥的处理方式(干式法),无需溶解剂和水,几乎不产生污染,因而节约能源,降低成本。

③作用时间短,反应速率高,加工对象广,能显著提高产品质量。

④工艺简单、操作方便,生产可控性强,产品一致性好。

⑤属于健康型工艺,对操作人员身体无伤害。

由于有以上这些优点,低温等离子技术被广泛应用于诸多工业领域,而且越来越重要,尤其是低温等离子材料表面处理技术在能源、物质与材料、环境、生化等多个行业起着关键作用。

低温等离子体技术是涉及表面物理化学、等离子体物理化学、反应工程学、放电技术、真空技术等领域的一门交叉学科。通常,等离子体中存在电子、正离子和中性粒子(包括不带电荷的粒子如原子或分子以及原子团)等三种粒子。设它们的密度分别为ne,ni,nn,由于准电中性,所以电离前气体分子密度为ne≈nn。于是,我们定义电离度β=ne/(ne+nn),以此来衡量等离子体的电离程度。日冕、核聚变中的高温等离子体的电离度都是100%,像这样β=1的等离子体称为完全电离等离子体。电离度大于1%(β≥10-2)的称为强电离等离子体,像火焰中的等离子体大部分是中性粒子(β<10-3 ),称之为弱电离等离子体。

另一方面,数百帕以下的低气压等离子体常常处于非热平衡状态。此时,电子在与离子或中性粒子的碰撞过程中几乎不损失能量,所以有Te>>Ti , Te>>Tn。我们把这样的等离子体称为低温等离子体(cold plasma)。当然,即使是在高气压下,低温等离子体还可以通过不产生热效应的短脉冲放电模式即电晕放电(corona discharge)或电弧滑动喷射式放电来生成,大气压下的辉光放电技术也已成为世界各国的研究热点。可产生大气压非平衡态等离子体的机理尚不清楚,在高气压下等离子体的输运特性的研究也刚刚起步,现已形成新的研究热点。




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