低溫等離子體及其應用介紹

低溫等離子（zǐ）體技術

等離子體通（tōng）常被簡單定義為部分電離的氣體，它由激發態的原子和分子、正負離子、自由基（jī）、電子、光子等組成，整體表現出電中（zhōng）性（xìng）。等離子體一般分為平（píng）衡態等離子體和非平衡態等離子體。平衡態等離（lí）子體也稱為熱等離（lí）子（zǐ）體，它的特（tè）點（diǎn）是（shì）內部所有的粒子，都達到了（le）熱平衡的狀態。實際上，要使電子和離子以及原子達到熱平衡，必須具有非常高的壓力和溫度。熱等離子體的（de）典型（xíng）事例是恒星。顯然，熱（rè）等離子體是不適宜用來處理（lǐ）材料的，因為地球上沒有哪（nǎ）種材料能夠耐受（shòu）熱等離子體的溫度。與熱等離子體相比，低溫（wēn）等離子（zǐ）體的溫度僅在室溫（wēn）程度或者稍高，電子具有比離子和原（yuán）子更高（gāo）的溫度（dù），一般能夠達（dá）到（dào） 0.1~10 個電子伏。而且由於氣體的壓力低（dī），電子與離子之間的碰撞很（hěn）少，因（yīn）而（ér）不能達到熱力（lì）學平衡。由於低溫等離子體的溫度在室溫範圍，因而可以在材料領域內獲（huò）得應（yīng）用（yòng）。

低溫等離子體通常通過氣體放電的形式獲得。根據放電形式的不同，低溫等離子體可以分為下述幾種：

輝光放電(GlowDischarge)

輝光放電（diàn）屬於低氣壓放電(low pressure discharge)，工作壓（yā）力一般都低於10mbar，其構造是在封閉的容器內放置兩個平行的電極板，利（lì）用電子將中性原（yuán）子和分子激（jī）發，當粒（lì）子由激發態(excited state)降回至基態(ground state)時會以光的（de）形式釋放出能量。電源可以為直流電源（yuán）也可以是交流電源。每種氣體都有其典型的輝光放（fàng）電顏（yán）色(如下表所示)，熒光燈的（de）發光即為輝光放電。因此，實驗時若發現（xiàn）等離子的顏色有誤，通常代（dài）表（biǎo）氣體（tǐ）的純度（dù）有問題，一般為（wéi）漏氣所至。輝光放電（diàn）是化學等離（lí）子體實驗（yàn）的重要工具，但因其受低氣壓的限製（zhì），工業應用（yòng）難於（yú）連（lián）續化生產且應用成本高昂，而無法廣泛應用於工業製（zhì）造中。到2013年止的應用範圍僅局限於實驗室、燈（dēng）光照（zhào）明產品和半導體（tǐ）工業等。

電（diàn）暈放電(CoronaDischarge)

氣體（tǐ）介質（zhì）在不均勻電場中的（de）局部自持放電。是最常見（jiàn）的一種氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近（jìn），由於局部電場強度超過氣（qì）體的電離場強，使氣體發生電離和激勵，因而出現電暈放電。發生電暈時在電極周圍可以看到光亮，並伴有噝噝聲。電暈放電可以是相對穩定的放電形式，也可以是不均勻電場間隙（xì）擊穿過（guò）程中的早期發展階段。

介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)

介質阻擋放電（diàn）(DBD)是有絕緣介（jiè）質插入（rù）放（fàng）電空間的一種非（fēi）平衡態氣體放電又稱（chēng）介質阻擋電暈放電或（huò）無聲放電。介質阻擋放電能夠在高氣壓和很寬的頻率範圍內工作，通常的工作氣壓為10～10。電源頻率可從50Hz至1MHz。電極結構的設（shè）計形式多種多樣（yàng）。在兩（liǎng）個（gè）放（fàng）電電極（jí）之間充滿某種工作氣（qì）體,並將其中一個或兩個電極（jí）用絕緣（yuán）介質覆（fù）蓋,也可以將介質直接懸掛在放電空間或采用顆粒狀的介質填充其中，當兩電極間施加足夠高的（de）交（jiāo）流電壓時，電極間的氣（qì）體會被（bèi）擊穿而產生放電（diàn），即產生了介質阻擋放電。在（zài）實際應用中，管線式的電極（jí）結構被（bèi）廣（guǎng）泛（fàn）的（de）應（yīng）用於各種化學反應器中，而平板式電（diàn）極結構則（zé）被廣泛的應用於工業中的高分子和金屬薄膜及板（bǎn）材的改性、接枝、表麵張力的提高、清洗（xǐ）和親水改性中。

低溫等離子體殺菌消毒技術的應用

低溫等離子（zǐ）體消毒技（jì）術的優勢非常突出，基本集中了其他多種殺菌消毒技術（shù）的各種優勢，比如該技術（shù）和幹（gàn）熱滅（miè）菌、高壓（yā）蒸汽滅（miè）菌相比而言，消毒滅菌的時間消耗（hào）更短。和化學滅菌方法相較而（ér）言（yán），具有低溫的優勢，可以在多種物品、材料中應用。尤其是將電源（yuán）切斷後，各種活性粒子可以快速消失，隻有數豪秒鍾時間，並不（bú）需要特意通風，對操作人員也不會造成任何（hé）傷害，因此更加安全可靠，值得廣泛推廣。

低溫等離子體的電離率較低，電子溫度遠高於離子溫度，離子溫（wēn）度甚至可與室溫相當。所以低溫等離子（zǐ）體是非熱（rè）平衡等離（lí）子體。低溫等離（lí）子體中（zhōng）存在著大量的、種類繁多的活性粒（lì）子，比通常的化學反應所產生的活性粒子種類更多、活性（xìng）更強，更易於和所接觸的材料表麵發生反應，因此它們被用來對材料表麵進行改性處理。