1、论文（设计）研究目标及主要任务
近些年来，等离子体的研究受到高度关注，由射频放电方式产生的低气压、高密度等离子体在新材料的制备及材料表面改性等工艺中得到了越来越广泛的应用，为了控制离子入射到极板上的行为，通常在极板上施加一射频(RF)偏压，从而在极板附近形成一射频等离子体鞘层。本课题将对离子在射频鞘层中的运动行为进行跟踪研究，力求找到等离子体中各基本粒子随射频频率变化而引起的分布情况。利用流体力学方程，将采用一个自洽的无碰撞射频等离子体鞘层动力学模型实施数值模拟。
2、论文的主要内容
介绍等离子体的概念；等离子体的流体力学理论；对射频等离子体放电的流体动力学模拟射频等离子体鞘层动力学模型给予论述。对模拟结果进行分析研究，为其应用提供理论基础。
3、论文的基础条件及研究路线
根据现有的研究成果，描述任意频率段的射频鞘层演化过程以及对射频放电的物理过程进行分析计算,并指明今后的研究方向。
4、主要参考文献
[1] 居建华．氮对类金刚石薄膜的微观结构内应力与附着力的影响[J]．物理学报，2000，49(11)：2310-2314．
[2] 马锡英．氮化硼薄膜的生长特性粘附性研究[J]．物理学报，1998，304(05)：3-101．
[3] 戴忠玲．射频等离子体鞘层动力学模型[J]．物理学报，2001，50(12)：2399-2402．
[4] Hua-Tan Qiu．Collisional effects on the radio-frequency sheath dynamics[J]．Journal of applied physics，2002，51(06)：1332-1337．
[5] 朱武飚．负偏压射频放电过程的流体力学模拟[J]．物理学报，2000，45(07)：1138-1145．
[6] 马腾才．等离子体物理原理[M]．合肥市：中国科学技术大学出版社，1988：1-2 32．
5、计划进度
阶段起止日期
1 收集资料，确定题目2011.01.04－2011.01.15
2 总结资料，撰写开题报告2011.01.16－2011.02.30
3 构思框架，书写论文初稿2011.03.01－2011.03.30
4 完成论文二稿,英文文献翻译2011.04.01－2011.04.30
5 修改并完成论文2011.05.01－2011.05.15指导教师：高书侠 2011 年 1 月 2 日
教研室主任：李玉现 2011 年 1 月 2 日河北师范大学本科生毕业论文文献综述
近几年来，由射频放电方式产生的低气压、高密度等离子体在新材料的制备及材料表面改性等工艺中得到了越来越广泛的应用，例如采用这种等离子体可以合成薄膜材料以及对金属和半导体薄膜等进行刻蚀。在等离子体加工过程中，工艺的质量在很大程度上取决于等离子体和工件的相互作用过程。为了控制离子入射到极板上的行为，一般在极板上施加一射频(RF)偏压，从而可以在极板附近形成射频等离子体鞘层。当离子从等离子体中穿越鞘层向极板运动时，将受到射频鞘层电场的加速，并以一定的能量和角度轰击到极板的表面上。离子在射频鞘层中的运动行为，不但受到等离子体参量的影响，而且受到外加射频场的调制。因此研究射频放电的物理机制及放电参量对加工过程的影响是十分必要的。
人们在研究射频放电的物理过程时，采用了许多方法，如Lieberman和Godyak等的解析模型。在这种方法中他们把整个放电室分成鞘层区和准中性的均匀等离子体区并对鞘层区的电子密度进行了唯象假定，从而解析地研究了鞘层的演化过程。然而，事实上电子在鞘层中的分布是连续的，很难准确地区分鞘层区和等离子区。目前采用较多的是较为严格流体力学模拟方法。由于在等离子体中，电子和离子的运动状态近似于流体，通常把等离子体看作一种双流体，采用了流体力学方程组对其进行分析研究。在这种方法中，对电子的动量平衡方程基本上都采用迁移-扩散近似，其主要差别在于对离子的动量平衡方程所作的不同近似。因此，上述方法都有一定的不足之处。本文在第四部分采用较为严格的离子动量平衡方程和比较合理的边界条件，对射频放电的物理过程进行分析计算。
同样人们在对射频鞘层研究中，也做出了不同程度的近似。当外加射频场的频率远小于离子等离子体频率时，瞬时电势决定了鞘层中离子运动，此时每一时刻的射频鞘层特性和电势为相应值的直流辉光放电的鞘层特性一样。Metze等提出的一种模型描述了这种低频的离子运动。当外加射频场的频率远大于离子等离子频率时，离子不能及时响应射频电场的变化.对这种高频的情况，Godyak和Sternberg假定鞘层中的平均电场决定离子的运动，并采用阶梯模型来描述鞘层内电子的密度分布，从而得到无碰撞射频鞘层演化方程的解析解。然而，对于中低频范围的外加射频场，不容易得到鞘层演化方程的解析解。对于这种情况，离子对射频电场的变化只是部分响应的。Miller和Riley提出一个“衰减势”模型来研究在该频率段的离子动力学问题，但是在他们的工作中假定鞘层中离子流密度是恒定不变的。本文将在第五部分在流体力学方程的基础上建立一种自洽的射频鞘层动力学模型。由于考虑了瞬时鞘层电场对离子运动的影响，因此该模型适用于描述任意频率段的射频鞘层演化过程。
本课题将对离子在射频鞘层中的运动行为进行跟踪研究，力求找到等离子体中各基本粒子随射频频率变化而引起的分布情况。利用流体力学方程，将采用一个自洽的无碰撞射频等离子体鞘层动力学模型实施数值模拟。
主要参考文献
[1] 居建华．氮对类金刚石薄膜的微观结构内应力与附着力的影响[J]．物理学报，2000，49(11)：2310-2314．
[2] 马锡英．氮化硼薄膜的生长特性粘附性研究[J]．物理学报，1998，304(05)：3-101．
[3] 戴忠玲．射频等离子体鞘层动力学模型[J].物理学报，2001，50(12)：2399-2402．
[4] Hua-Tan Qiu．Collisional effects on the radio-frequency sheath dynamics[J]．Journal of applied physics，2002，51(06)：1332-1337．
[5] 朱武飚．负偏压射频放电过程的流体力学模拟[J]．物理学报，2000，45(07)：1138-1145．
[6] 马腾才．等离子体物理原理[M].合肥市:中国科学技术大学出版社，1988：1-2 32．
河北师范大学本科生毕业论文翻译文章
目录
中文摘要、关键词 (Ⅱ)
1、引言 (1)
2、等离子体的概念 (2)
3、等离子体的流体力学理论 (2)
3.1双流体理论 (2)
3.2单流体理论 (3)
4、射频等离子体放电的流体动力学模拟 (4)
4.1理论模型 (4)
4.2数值结果与分析 (8)
5、射频等离子体鞘层动力学模型 (10)
5.1理论模型 (10)
5.2数值结果 (12)
6、结论 (13)
参考文献 (15)
英文摘要、关键词 (16)
射频放电等离子体过程
摘要:本文采用流体力学的方法研究了负偏压射频放电的物理过程，在不同的近似条件下，计算了带电粒子的密度及电场的时空分布，数值结果表明,电极附近存在一明显的离子鞘层区，在该区内，电子密度迅速减小并趋于零，而离子的密度则明显不为零。在鞘层区以外，是电子和离子密度相等并接近空间均匀等离子区。鞘层区内，由于离子密度与电子密度不相等，形成了一个空间电荷区，从而具有较强的鞘层电场，而等离子区内，电场较弱，且是均匀分布的。同时在流体力学方程的基础上建立了一种自洽的无碰撞射频等离子体鞘层动力学模型。这种自洽性是指由于考虑了瞬时鞘层电场对离子运动的影响,因此该模型适用于描述任意频率段的射频鞘层演化过程。采用数值方法模拟出鞘层内离子密度的时空变化。结果表明,当射频场的频率小于或等于离子等离子体频率时,离子流密度明显地随时间变化。
关键词:射频,放电,鞘层,流体力学
射频放电等离子体过程
1引言
近几年来，由射频放电方式产生的低气压、高密度等离子体在新材料的制备及材料表面改性等工艺中得到了越来越广泛的应用，例如采用这种等离子体可以合成薄膜材料[1-2]以及对金属和半导体薄膜等进行刻蚀[3]。在等离子体加工过程中，工艺的质量在很大程度上取决于等离子体和工件的相互作用过程，离子入射到极板上的能量分布和角度分布是两个关键的物理量，它们直接决定着刻蚀的异向性和刻蚀率的大小。为了控制离子入射到极板上的行为，一般在极板上施加一射频(RF)偏压，从而可以在极板附近形成射频等离子体鞘层[4]。当离子从等离子体中穿越鞘层向极板运动时，将受到射频鞘层电场的加速，并以一定的能量和角度轰击到极板的表面上。离子在射频鞘层中的运动行为，不但受到等离子体参量的影响，而且受到外加射频场的调制。因此研究射频放电的物理机制及放电参量对加工过程的影响是十分必要的。
人们在研究射频放电的物理过程时，采用了许多方法，如Lieberman和Godyak等的解析模型[4]。在这种方法中他们把整个放电室分成鞘层区和准中性的均匀等离子体区并对鞘层区的电子密度进行了唯象假定，从而解析地研究了鞘层的演化过程。然而，事实上电子在鞘层中的分布是连续的，很难准确地区分鞘层区和等离子区。这种方法对他们之间的过渡区难以准确的分析，而且为了能够解析求解，此方法假定较多。目前采用较多的是较为严格流体力学模拟方法[5]。由于在等离子体中，电子和离子的运动状态近似于流体，通常把等离子体看作一种双流体，采用了流体力学方程组对其进行分析研究。在这种方法中，对电子的动量平衡方程基本上都采用迁移-扩散近似，其主要差别在于对离子的动量平衡方程所作的不同近似。因此，上述方法都有一定的不足之处。本文在第四部分采用较为严格的离子动量平衡方程和比较合理的边界条件，对射频放电的物理过程进行分析计算。
同样人们在对射频鞘层研究中，也做出了不同程度的近似。当外加射频场的频率远小于离子等离子体频率时，瞬时电势决定了鞘层中离子运动，此时每一时刻的射频鞘层特性和电势为相应值的直流辉光放电的鞘层特性一样。Metze等提出的一种模型描述了这种低频的离子运动。当外加射频场的频率远大于离子等离子频率时，离子不能及时响应射频电场的变化.对这种高频的情况，Godyak和Sternberg假定鞘层中的平均电场决定离子的运动，并采用阶梯模型来描述鞘层内电子的密度分布，从而得到无碰撞射频鞘层演化方程的解析解。为了避免阶梯模型给电子密度分布带来的不精确性，研究者假定鞘层内的电子密度分布服从Boltzmann分布，并且建立了自洽的鞘层厚度演化方程。然而，对于中低频范围的外加射频场，不容易得到鞘层演化方程的解析解。对于这种情况，离子对射频电场的变化只是部分响应的。Miller和Riley提出一个“衰减势”模型来研究
在该频率段的离子动力学问题，但是在他们的工作中假定鞘层中离子流密度是恒定不变的。Bose 等研究中等频率的射频鞘层特性试图建立一个时空变化的离子动力学模型,它假定了极板上的电位是给定的，且为一正弦波形,这显然是不自洽的。本文将在第五部分在流体力学方程的基础上建立一种自洽的射频鞘层动力学模型。由于考虑了瞬时鞘层电场对离子运动的影响，因此该模型适用于描述任意频率段的射频鞘层演化过程。
2等离子体的概念
等离子体被称为物质的第四态，它是由电子和正离子组成的一种物质的聚集态[5]。众所周知，物质的聚集态随着物质温度的升高会发生由固态到液态最后到气态的变化。然而，这只是常温状态下的情况，如果温度升高，达到几万度甚至几十万度，则分子和原子之间已难以相互束缚，原子中的电子也会摆脱核的束缚而成为自由电子，这样原来的气体就变成了一团由电子和核离子组成的混合物，这种混合物就称为等离子体。
等离子体是一种全新的物质的状态，它与气体有本质的区别。统观宇宙，99.9%的物质都处于等离子体状态，虽然地球上很少存在天然等离子体，但是在上层大气(电离层)中，存在着由稀薄大气的光致电离产生的等离子体。在离地球更远的地方，等离子体在接近真空的空间被地磁场所俘获。等离子体从太阳流向地球(太阳风)并充满星际空间的许多区域，形成了一种被用于观察更外层空间的介质。通过研究它们对无线电波的吸收，反射及折射，可得到许多有用的信息，等离子体的研究在近代物理的发展中起了很重要的作用。在其它许多领域如大气物理，无线电物理等方面也起重要的作用。发展受控热核反应堆也是等离子体物理中比较有前途的实际应用。因此对等离子体的研究具有重要的意义。
3等离子体的流体力学理论
在此介绍把等离子体作为流体模型处理的流体力学理论。提出流体模型的依据是：等离子体虽是一种气体，但具有许多与导电流体共同的性质，显示着相关运动。通过流体模型能获得对等离子体波的较为完整的认识。在流体模型中，若把等离子体的离子和电子做为独立的、有相互作用的流体来处理，则将为双流体理论；若把等离子体描述为单流体，则称为单流体理论。下面分别讨论。
3.1双流体理论
把等离子体的离子和电子各作为导电流体处理后，它们各自服从流体的变化规律，它们间由麦克斯韦方程耦合起来。这时描述所用的物理量αααp v n 、、 分为各类粒子的密度、速度和压强，αααp v n 、、
之间的关系满足连续性方程和动量输运方程[5]
连续性方程
0.=?+??αααv n t
n (3.1) 动量输运方程
αααααααP C
q n v v t m n a ?-?→
+=??+??)()(B Ε (3.2) 麦克斯韦方程 ?????????+??=????-=??=??∑∑αααααααπv q n c t E c B t B c E q n E 4114 (3.3)
假设系统为温度相当于108～109K 完全电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等。e i 、=α，即为离子和电子，等离子体是各向同性的。为使方程封闭，每种流体需要一个状态方程，或其他一些限制。例如，在等离子体发展过程中关于热通量的假设， 或导致 n p Α= (等温) (3.4) 或导致 3/5An p = (绝热) (3.5) 或甚至导致 0=p (很稀薄的情况) (3.6)
这样分别对应于等离子体所处的不同状态。对上面的方程简化，然后通过数学处理可解出等离子体中各种波的传播及演化情况以及其它宏观性质。
3.2单流体理论
将离子和电子的密度和速度合并起来，可得物理量为总质量密度(,)m x t ρ，质心速
度(,)v x t 、电流J 以及电荷密度(,)x t ηρ的流体方程，这就是单流体理论。它和双流理论
在形式上是完全等同的，但它们代表着不同的近似方案，单流体理论是许多问题较为简单的出发点。
质量密度
i i e e m m n m n t x +=),(ρ
电荷密度
)(),(e i n n e t x -=ηρ (3.7)
质心速度
i i e e i i i e e e m n m n v m n v m n m n v m n t x v ++==
∑∑ ααααααα),( 总电流 ααα
αv n q J ∑=
在质心坐标系中，电子和离子的压强为张量形式和分布函数有关。通常假设压强各向同性，这样可简化为ααρρ?=? .。
对(3.l)一(3.5)式相加或相减，即得单流体变量所满足的微分方程
0.=?+??v t
m m ρρ (3.8) 0.=?+??J t
q ρ (3.9) ρρρρη?-?+=?+??C J v v v t m m ΒΕ
).( (3.10) 在准中性近似下(i e n n ≈)欧姆定律为
]).([2J v t
J n m J C V e e ?+??+=?+ηΒΕ (3.11) J c
t c
π41+??=??ΒΒ (3.12) t
c ??-=??ΒΕ 1 (3.13) (3.8)一(3.13)组成了单流体方程组[7]。对具体的问题，可对方程作适当的简化，通过解方程，即可获得等离子体的有关性质。
以上是对流体理论的两种近似方案作了简单的讨论，并在具体条件下对方程的应用进行了说明，对许多的等离子体状态，流体理论都能给出很好的结果。因此掌握此方法是非常重要的。 4射频等离子体放电的流体动力学模拟
4.1理论模型
在以下讨论中，本文假设放电是在两个平行的平板电极之间进行的，待处理的工件置于其中一个电极上。等离子体可以看作是电子和离子组成的双流体。为了简化计算，对空间采用一维模型。带电粒子的密度和流速满足如下连续性方程和动量平衡方程
n e i e e e k x u t ΝΝΝ=??+??)(Ν (4.1)
n e i i i i k x
u t ΝΝΝΝ=??=??)( (4.2) ,)()()(e e en e e e e B e e e e e e u v m k x
e x u u t u m ΝΝΤΕΝΝ-??--=??+?? (4.3) i e in i i i i B i i i i i i u v m k x
e x u u t u m )()()(ΝΝΤΕΝΝ-??-=??+?? (4.4) 其中ΤΝ,,,m u 和)(e v 分别为密度、速度、质量、温度和带电粒子与中性粒子的弹性
碰撞频率，角标i e ,和n 分别为电子、离子和中性原子，Ε为电场强度，i k 为电离率系数，B k 为Boltzmann 常数。
对于电子，由于对流项的贡献远小于迁移项和扩散项的贡献，而且质量很小，因此在下面的讨论中，我们忽略了电子的对流项和惯性项，即采用迁移-扩散近似。由方程(4.3)可得电子的速度方程
)(1e e e e e D x u ΝΝΕ??-
-=μ (4.5) 其中)(e en
e e v m e =μ 为电子的迁移率，)(e en e e B e v m k D Τ=为电子的扩散系数。将(4.5)代入方程(4.1)，得到在迁移-扩散近似下，电子密度随时空变化方程
n e i e e e e e k x
D x t ΝΝΝΕΝΝ+??+??=??22)(μ (4.6) 对于离子运动，分以下几种情况进行讨论：
1）类似于电子的运动，对方程(4.4)略去惯性项和对流项，采用迁移-扩散近似[5]，于是得离子的速度方程
)(1i
i i i i D x u ΝΝΕ??-=μ (4.7)
其中)(e in i i v m e =μ为离子的迁移率，)(e in
i i B i v m k D Τ=为离子的扩散系数。 2）在上述方法的基础上，加上离子的惯性项[5]，原因是离子的惯性质量较大，其运动跟不上电场的快速振荡，所以必须考虑离子的惯性运动。在下面的处理过程中，令D E i u u u +=，其中E u 为电场引起的离子迁移速度，D u 为密度梯度引起的扩散速度。因为离子的密度随时间变化较慢，可以近似认为0=??t
u D 。这样，由方程(4.4)可得方程 )(1i i i D D x
u ΝΝ??-= (4.8) i
i i E m eu m e t u μE Ε-=?? (4.9) 引入离子的有效电场i E u μ/~=Ε，将其代入方程(4.9)，则E 满足的方程为
)~(~ΕΕΕ-=i
i m e dt d μ (4.10) 这样根据D E i u u u +=,得离子的速度方程
)(1~i i i i i D x
u ΝΝΕ??-=μ (4.11) 3) 只考虑方程(4.4)的惯性项和对流项，略去扩散项，则由方程(4.4)得
x
u u m eu m e t u i i i i i i i ??--=??μΕ (4.12) 同样，作类似于情形2）的处理，引入离子的有效电场i E u μ/~=Ε，则E ~
满足的方程为 x
m e t i i i ??--=??ΕΕΕΕΕ~~)~(~μμ (4.13) 4）严格按照方程(4.4)求解。其中D E i u u u +=，并且认为对流项主要是由于电场引起的，因此有
)(1i i i D D x
u ΝΝ??-= (4.14)
x
u u m eu m e t u E E i i E i E ??--=??μΕ (4.15) 同样，定义了离子的有效电场i E u μ/~=Ε，Ε~
满足的方程和方程(4.13)一样。
表4.1中归纳了上述四种情况（√表示考虑了该项的贡献，×表示略去了该项）
表4.1 离子的运动
迁移项 扩散项 惯性项 对流项 1）
√ √ × × 2）
√ √ √ × 3）
√ × √ √ 4） √ √ √ √
根据以上的分析，可以把离子密度随时空变化的方程统一写成
n e i i i i i i k x
D x t ΝΝΝΝΕΝ+??+??-=??22)~(μ (4.16) 以上四种情况的差别在于，第一种情况，方程(4.16)中的
E ~即为瞬时电场E ，而后三种情况，E ~
对应着分别定义的有效电场。其中在第三种情况中，离子扩散系数0=i D 。
对于瞬时电场，采用下面的泊松方程进行求解， )(022e i e x
V ΝΝ--=??ε (4.17) x V ??-=Ε (4.18)
在方程(4.1)和(4.2)中用到的电离率系数i k 为电子平均能量e ε（等价于电子温度e T ）的函数。因此，为了使计算自洽，需引入e ε随时空变化方程，即能量平衡方程
n e e e e e e e e e e e e e e e e k e u x
D x D x x u x D t ΝΝΕΕΝΝΝΕΝΝΝ122)()()()()(-+??+????+??+??=??εεεε (4.19) 其中1k 为包括弹性和非弹性碰撞在内的碰撞能量损失系数。这样，方程(4.6) (4.16) (4.17) (4.19)构成了一套封闭的方程组。选取边界条件时，考虑了离子鞘层的存在以及电子和离子在鞘层中运动特性的差异，对电子和离子采用了不同的边界条件。对于电子密度，根据通量守恒，可得到如下边界条件
),0(4
1d x u x D u e th e e e e =±=??--ΝΝΕΝ (4.20) 其中正负号分别对应于d x =和0=x ，e e th m k u πΤB =
8为电子的热速度。对于离子假定其密度在边界附近没有明显的变化，因此有，
0=??x
i Ν),0(d x = (4.21) 一般情况下，射频场和直流负偏压加在同一电极上 ，另一电极接地。这样，电势的边界条件为
?
??==-=)(0)0(s i n d x x V t V V D RF ω (4.22) 其中，RF V 为射频场的幅值电压，D V 为所加负偏压的大小，ω为射频场的角频率。
此外，还可以近似地认为电子的平均能量在边界没有明显的变化，即
0=??x
e ε ),0(d x = (4.23) 我们设定，在初始时电子和离子是均匀分布的，且密度相等，即0ΝΝΝ==i e ，电子平均能量是空间均匀的，取eV e 1=ε，两电极之间电场为零并且以r A 等离子体为例[5]。
4.2数值结果与分析
因为方程(4.6) (4.16)和(4.19)是一套非线性的偏微分方程组，在进行数值差分时，为了确保计算过程的稳定性，对空间的差分，我们采用所谓“迎风”差分格式，对空间的计算采用了四阶定步长的龙格-库塔积分方法。对泊松方程(4.17)可以采用三对角矩阵“追赶”法。
此外，为保证差分格式稳定，空间和时间的步长应满足
1|.|
t (4.24) 由于u 的大小与n Ν，Ε等多种因素有关，故在选取t ?和x ?时应格外注意。
根据常见的射频等离子体放电过程，本文对各放电参量选取如下：两电极间距
cm d 15=，中性气体的密度317105.0-?=cm n Ν，V V V V D RF 70,400
==。 图4.1为用四种方法求出的电子和离子密度在一个射频周期内取平均后随空间位置
的分布。从图4.1中可以看出，在电极附近1cm的范围内，有一明显的离子鞘层区，在该区内，电子密度迅速减小并趋于零，而离子密度则明显地不为零（尤其是电极上）。在鞘层以外，电子和离子密度相等并接近空间均匀，即所谓准中性地均匀等离子体区。
图4.1 电子、离子密度的空间分布曲线1-4对
应这四种计算方法[5]
图4.2为电场强度在一个射频周期内取平均后随空间位置的分布。右上角的小图为电极附近局部放大图。总体看来四种方法求出的电场强度差别不大，但事实上用前两种方法和用后两种方法得到的结果还是不同的，尤其是在电极附近差别比较明显，在等离子体区，电场强度的差别较小。结合图4.1可以看出，鞘层区内，由于离子密度与电子密度不相等，形成一个空间电荷区，从而具有较强的鞘层电场。事实上，正是由于这一鞘层电场的排斥作用，使得电子密度在鞘层区内迅速减小并趋于零，二者是互为因果、相互影响的。在等离子区，电场近似均匀。
图4.2 电场强度绝对值的空间分布曲线说明同图4.1[5]
5射频等离子体鞘层动力学模型
5.1理论模型
在这里我们考虑在低气压放电等离子体中置放一个极板，并在该极板上施加一圆频率为ω的射频电源。这样在极板附近形成一随时间变化的非电中性区 ，即射频鞘层区。在通常的情况下 ，因为物理量在垂直于极板方向上的梯度远大于其他方向上的梯度，所以假定鞘层内所有物理量都是一维变化的。同时，在鞘层中由于离子动能远大于它的温度，因而可以忽略离子的热运动。当然，对于低气压放电，可以忽略离子与中性气体原子或分子的碰撞过程。此时离子在鞘层中的密度),(t x i Ν和流速 ),(t x u i 可以采用如下冷流体力学方程组来描述
0)(=??+??x
u t i i i ΝΝ (5.1) x
V m e x u u t u i i i i ??-=??+?? (5.2) 其中i m 为离子的质量，e 为基本电荷，),(t x V 是鞘层中的瞬时电位分布，可以由如下泊松方程确定
)(02
2e i e x V ΝΝ--=??ε (5.3) 其中0ε为真空介电常量，),(t x n e 为鞘层内的电子密度分布。因为电子的质量很小，可以忽略其惯性运动，这样电子的密度e n 可用 Boltzmann 关系表示为
]),(e x p [),(0e
e k t x eV n t x n ΤB = (5.4) 其中0n 为等离子体密度，e T 为电子温度，B k 为Boltzmann 常量。
方程(5.1) —(5.3)不能完全确定射频等离子体鞘层的时空演化特性，因为它还依赖于适当的边界条件。假定极板位于 0=x 处，鞘层与等离子体的交界面位于)(t d x s = 处，其中)(t d s 为鞘层的瞬时厚度。在鞘层的边界处，要求等离子体保持准电中性，即
0),(n t d n s i = (5.5)
另外，假定离子以Bohm 速度i e B
B m k u /Τ=进入鞘层 ，即
B s i u t d u =),( (5.6)
为了能使离子以 Bohm 速度进入鞘层，通常要求在鞘层边界处的电场为)2/(D e B e k λΤ，即
D
e B t d x e k x V s λ2|)(Τ=??= (5.7) 2/1200)/(e n k e B D Τελ=为Debye 长度。由于电位的参考值可以任意选取，我们令它在鞘层边界处的值为0，即
0),(=t d V s (5.8)
在上述边界条件中，鞘层的瞬时厚度)(t d s 为一个未知量。原则上)(t d s 可以由极板上的瞬时电位)(),(t V t d V e s =来自洽地确定，但)(t V e 也是未知的。Edelberg 和 Aydil 引入一个等效电路模型可以自洽地确定鞘层的瞬时厚度与极板上瞬时电位之间的关系[3]。在该模型中，鞘层被看成是由一个二极管、电容及电流源组成的并联电路，如图5.1所示。
通过二极管的电流表示电子电流随极板上瞬时电位的变化关系，即
])(e x p [4)(0e
B e e e k t eV A n eu t I Τ= (5.9) 式中e e B
e m k u π/8Τ=为电子的平均热速度，A 为极板的面积。
电流源表示离子入射到极板上而产生的电流，即
A t n t eu t I i i i ),0(),0()(= (5.10) 图5.1 射频等离子体鞘层的等效电路路图
通过电容器上的电流是由极板上的电荷)(t Q 变化而引起的，其表示式为
dt
dV t C dt dV dV dQ dt dQ t I e s d )()(≡=≡ (5.11) 式中)(/)(0t d A t C s s ε=为鞘层电容。假定施加在极板上的射频源的电流呈正弦变化，则可得到如下电流平衡方程
)s i n ()()()()(m a x t I dt
t dV t C t I t I e s e i ω=-- (5.12) 式中max I 为外界射频电源的电流幅值。在本文中，离子的运动是随鞘层的瞬时电场变化的，因此极板上的离子流)(t I i 是随时间变化的。方程(5.1) —(5.3)及(5.12)构成了一套自洽的非线性方程组。利用该方程组及边界条件(5.5) —(5.8)式，则可以完全确定射频等离子体鞘层离子密度的时空演化特性。
5.2数值结果
我们将采用数值方法求解上节得到的射频鞘层动力学方程。具体求解方法如下：首先选择适当的初始条件，并采用四阶龙格-库塔法求解电流平衡方程(5.12)，可以获得极板上的瞬时电位与鞘层厚度之间的变化关系；其次采用空间上的二阶有限差分和时间上的显式差分格式求解离子的流体动力学方程(5.1)和(5.2)及泊松方程(5.3)。通过反复迭代，直至得到的解收敛为止。
在以下讨论中，我们以氩等离子体为例，其中等离子体密度为3110103-?=cm n ，电子温度为eV T e 3=，极板面积为2325cm A =。在本文的数值计算中，假定在鞘层边界离子的流速等于Bohm 速度B u 以及电子密度e n 等于离子密度i n 。
这里我们引入一个无量纲的因子pi ωωβ/=来表征随频率的变化关系，其中
2/1002][i pi m n e εω=
为离子的振荡频率。
图5.2显示了入射到极板上的离子流密度),0(),0()(t u t n t J i i i =随时间的变化关系。结果表明，在较高频率下离子流几乎不随时间变化。这表明在高频情况下(1≥β)，可以合理地假定离子在鞘层中的运动是稳态的。然而在低频情况下(1≤β)，离子流密度呈现
出明显的周期性振荡形式。同时可以看出，频率越低，离子流密度的振荡幅值越大。这说明在低频情况下，离子在鞘层中的运动受到瞬时鞘层电场的调制。
从图5.3可以看出,离子的密度随时间的变化较为缓慢,随空间位置的变化则非常明显。
6结论
本文采用流体力学的方法研究了射频放电的物理过程,在不同的近似条件下，计算了带电粒子的密度及电场的时空分布，运用图像说明了鞘层区与准中性的均匀等离子区特征及它们之间的的区别。在流体力学方程的基础上，建立了一个自洽的无碰撞射频等离子体鞘层动力学模型，在该模型中离子的密度及流速的时空分布是非稳态的。
数值图5.2 对于不同的电源频率（pi ωωβ/=）,入射到极板上的瞬时离子流i i u n 随时间t 变化关系；10-=pi
t ω为离子振荡的特征时间；D λ为德拜长度；射频电源的电流幅值为max I [3] 图 5.3
在一个射频(RF)周期内离子密度),(t x n i 的时空演化关系 D λ为德拜长
度;射频电流的电流幅值为A =0.8max I 电源的频率为pi ωω5.0=[3]
辉光放电（Glow discharge） 辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。 §6.1 辉光放电的产生及典型条件 最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A 特性曲线。管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。 辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）； 弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。 辉光放电的典型条件： ①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似 均匀。 ②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内 电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电； ③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电 压U b，否则不能起辉。
辉光放电与等离子体 1、辉光放电 通常把在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称之为气体放电。气体放电有“辉光放电”和“弧光放电”两种形式。辉光放电又分为“正常辉光放电”与“异常辉光放电”两种，它们是磁控溅射镀膜工艺过程中产生等离子体的基本环节。 辉光放电(或异常辉光放电)可以由直流或脉冲直流靶电源通过气体放电形成,也可以用交流(矩形波双极脉冲中频电源、正弦波中频与射频)靶电源通过真空市内的气体放电产生。 气体放电时，充什么样的工作气体、气压的高低、电流密度的大小、电场与磁场强度的分布与高低、电极的不同材质、形状和位置特性等多种因素都会影响到放电的过程和性质，也会影响到放电时辐射光的性质和颜色。 (1)直流辉光放电 ①在阴-阳极间加上直流电压时，腔体内工作气体中剩余的电子和离子在电场的作用下作定向运动，于是电流从零开始增加; ②当极间电压足够大时，所有的带电离子都可以到达各自电极，这时电流达到某一最大值(即饱和值); ③继续提高电压，导致带电离子的增加，放电电流随之上升;当电极间的放电电压大于某一临界值(点火起辉电压)时，放电电流会突然迅速上升，阴-阳极间电压陡降并维持在一个较低的稳定值上。工作气体被击穿、电离，并产生等离子体和自持辉光放电，这就是“汤生放电”的基本过程，又称为小电流正常辉光放电。 ④磁控靶的阴极接靶电源负极，阳极接靶电源正极，进入正常溅射时，一定是在气体放电伏-安特性曲线中的“异常辉光放电区段”运行。其特点是，随着调节电源输出的磁控靶工作电压的增加，溅射电流也应同步缓慢上升。 (2)脉冲直流辉光放电 脉冲或正弦半波中频靶电源的单个脉冲的气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律相符。可以将其视为气体放电伏-安特性在单个脉冲的放电中的复现。脉冲直流靶电源在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙自然灭辉(因频率较高，肉眼难以分辨)。 溅射靶起辉放电后，当电源的输出脉冲的重复频率足够高时，由于真空腔体内的导电离子还没有完全被中和完毕，第二个(以后)重复脉冲的复辉电压与溅射靶的工作电压接近或相同。当电源输出脉冲的重复频率很低(例如几百HZ以下)或灭弧时间过长(大于100ms以上)，
低温等离子体介绍 基本概念 等离子体是物质存在的第四种状态。它由电离的导电气体组成，其中包括六种典型的粒子，即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。 事实上等离子体就是由上述大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性气体，也就是高度电离的气体。无论是部分电离还是完全电离，其中的负电荷总数等于正电荷总数，所以叫等离子体。 等离子体的分类 1、按等离子体焰温度分： （1）高温等离子体：温度相当于108~109 K完全电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。 （2）低温等离子体： 热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温度103~105K，如电弧、高频和燃烧等离子体。 冷等离子体：电子温度高（103~104K）、气体温度低，如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、DBD介质阻挡放电等离子体、索梯放电等离子体等。 2、按等离子体所处的状态： （1）平衡等离子体：气体压力较高，电子温度与气体温度大致相等的等离子体。如常压下的电弧放电等离子体和高频感应等离子体。 （2）非平衡等离子体：低气压下或常压下，电子温度远远大于气体温度的等离子体。如低气压下DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下DBD介质阻挡放电等产生的冷等离子体。 什么是低温（冷）等离子体？ 冰升温至0℃会变成水，如继续使温度升至100℃，那么水就会沸腾成为水蒸气。随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，我们把这三种基本形态称为物质的三态。那么对于气态物质，温度升至几千度时，将会有什么新变化呢? 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组
等离子体化工导论讲义 前言 等离子体化工是利用气体放电的方式产生等离子体作为化学性生产手段的一门科学。因其在原理与应用方面都与传统的化学方法有着完全不同的规律而引起广泛的兴趣，自20世纪70年代以来该学科迅速发展，已经成为人们十分关注的新兴科学领域之一。 特别是，近年来低温等离子体技术以迅猛的势头在化工合成、材料制备、环境保护、集成电路制造等许多领域得到研究和应用，使其成为具有全球影响的重要科学与工程。例如：先进的等离子体刻蚀设备已成为21世纪目标为0.1μm线宽的集成电路芯片唯一的选择，利用等离子体增强化学气相沉积方法制备无缺陷、附着力大的高品位薄膜将会使微电子学系统设计发生一场技术革命，低温等离子体对废水和废气的处理正在向实际应用阶段过渡，农作物、微生物利用等离子体正在不断培育出新的品种，利用等离子体技术对大分子链实现嫁接和裁剪、利用等离子体实现煤的洁净和生产多种化工原料的煤化工新技术正在发展。可以说，在不久的将来，低温等离子体技术将在国民经济各个领域产生不可估量的作用。 但是，与应用研究的发展相比，被称为年轻科学的等离子体化学的基础理论研究缓慢而且较薄弱，其理论和方法都未达到成熟的地步。例如，其中的化学反应是经过何种历程进行，活性基团如何产生等等。因此，本课程力求介绍这些方面的一些基础理论、研究方法、最新研究成果以及应用工艺。
课程内容安排： 1、等离子体的基本概念 2、统计物理初步 3、等离子体中的能量传递和等离子体的性质 4、气体放电原理及其产生方法 5、冷等离子体中的化学过程及研究方法 6、热等离子体中的化学过程及研究方法 7、当前等离子体的研究热点 8、等离子体的几种工业应用 学习方法： 1、加强大学物理和物理化学的知识 2、仔细作好课堂笔记，完成规定作业 3、大量阅读参考书和科技文献
实验三接触辉光放电电解阳离子染料废水演示实验 一、实验目的 1.掌握接触辉光放电法降解原理； 2.熟悉接触辉光放电电解阳离子染料废水演示实验操作； 3.加深对辉光放电电解机理的理解。 二、实验原理 接触辉光放电是在置有板状电极的玻璃管内充入低压（约几毫米汞柱）气体或蒸气，当两极间电压较高（约1000V）时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。辉光放电的特征是电流强度较小（约几毫安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现象。 接触辉光放电电解（CGDE）技术是一种新型的产生液相等离子体的电化学方法，兼具等离子体化学和电化学技术的优点，其电解过程不仅包括传统的法拉第电解，而且还包括非法拉第电解，是一类特殊的电化学过程。 在电解过程中，随着工作电压的逐渐升高，通常的法拉第电解将转化为辉光放电电解（非法拉第电解），并且产生大量高能活性粒子（等离子体）。因此，接触辉光放电电解也可以理解为一种产生等离子体的反应过程。等离子体在溶液中与水分子反应生成羟基自由基，而后者极易与有机分子发生氧化反应，破坏有机分子结构。基于该原理，利用接触辉光放电电解技术处理印染废水。 三、实验过程 1．试剂与仪器 亚甲基蓝MB、甲基紫MV（均为指示级）、硫酸钠、氢氧化钠、硫酸MV （均为分析纯）；溶液采用二次蒸馏水配制。 UV23400紫外可见分光光度计（日本岛津）、722型可见光分光光度计（上海第三分析仪器厂）、PH23C型pH计（上海日岛）、DL2180超声波清洗器（浙江海天电子仪器厂）。
2. 反应装置 反应装置包括一个高压电源DH172226(北京大华仪器厂)、反应器(自制,见图1)和磁力搅拌器等。高压电源可以提供稳定的直流电压,可调范围为0～1000 V,电流范围为0～300 mA。阳极采用铂丝(直径D =0. 5 mm) ,封闭在石英玻璃管内;阴极采用石墨棒(直径D =10 mm)。反应器外加冷凝水循环装置,以保持反应体系温度不变。通过磁力搅拌器使反应液充分混合,同时调节搅拌器的转速以及支持电解质的浓度,控制反应体系的电流变化范围在0～300 mA。 图1辉光放电电解反应装置 3. 试验方法 试验条件： 阳极直径/mm 阴极直径/mm 反应液体积/mL 反应温度/K 0. 5 10 200 298 阳离子染料废水降解演示试验条件分别为：工作电压值（A）为650V、反应溶液pH值（B）为7、辉光放电时间（C）为10min、电解质Na2SO4浓度（D）为2 g/L。 分别配置200 mg/L的亚甲基蓝、甲基紫水溶液。将电极超声活化5分钟去除表面残留物质。接触辉光放电作用一定时间后，用分光光度计测定两种溶液最大
辉光放电电晕放电介质阻挡放电射频放电滑动电弧放电射流放电大气压辉光放电次大气压辉光放电 辉光放电(Glow Discharge) 辉光放电属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于 10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。电源可以为直流电源也可以是交流电源。每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示)，荧光灯的发光即为辉光放电。因此，实验时若发现等离子的颜色有误，通常代表气体的纯度有问题，一般为漏气所至。辉光放电是化学等离子体实验的重要工具，但因其受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，而无法广泛应用于工业制造中。目前的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等。 部分气体辉光放电的颜色 Gas He Ne(neon) Ar Kr Xe H2N2O2 Air Cathode Layer red yellow pink --
red-brown pink red pink Negative Glow pink orange dark-blue green orange-green thin-blue blue yellow-white blue Positive Column Red-pink red-brown dark-red blue-purple white-green pink red-yellow red-yellow red-yellow 次大气压下辉光放电(HAPGD)产生低温等离子体 由于大气压辉光放电技术目前虽有报道但技术还不成熟，没有见到可用于工业生产的设备。而次大气压辉光放电技术则已经成熟并被应用于工业化的生产中。次大气压辉光放电可以处理各种材料，成本低、处理的时间短、加入各种气体的气氛含量高、功率密度大、处理效率高。可应用于表面聚合、表面接枝、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成及各种粉、粒、片材料的表面改性和纺织品的表面处理。次大气压下辉光放电的视觉特征呈现均匀的雾状放电；放电时电极两端的电压低而功率密度大；处理纺织品和碳纤维等材料时不会出
等离子体直流辉光放电 一、实验设计方案 1）实验目的 1、了解等离子体的性质 2采用langmuir双探针测量等离子体参数 2）实验原理 1 、等离子体参数 a:等离子体密度：单位体积内（一般以立方厘米为单位）某带电粒子的数目。n i 表示离子浓度，n e 表示电子密度。 b:等离子体温度：对于平衡态等离子体（高温等离子体）温度是各种粒子热运动的平均量度；对于非平衡态等离子体（低温等离子体），由于电子、离子可以达到各自的平衡态，故要用双温模型予以描述。一般用T i表示离子温度，T e表示电子温度。 c:等离子体频率：表示等离子体对电中性破坏的反应快慢，是等离子体震荡这种集体效应的频率。 粒子震荡频率： m i nie s pi0 2 = ω 电子震荡频率： m i nie s pe0 2 = ω d:德拜长度：等离子体内电荷被屏蔽的半径，表示等离子体内能保持的最小尺度。当电荷正负电荷置于等离子体内部时就会在其周围形成一个异号电荷的“鞘层”。 德拜长度： 2、等离子体参数的静电探针诊断原理
图8、等离子体探针原理 图9、单探针法 图10、双探针法 假设： (1)、被测空间是电中性的等离子体空间，电子密度n e和离子浓度n i 相等，电子与离子的速度满足麦克斯韦速度分布； (2)、探针周围形成的空间电荷鞘层厚度比探针面积的线度小，这样可忽略边缘效应，近似认为鞘层和探针的面积相等； (3)、电子和正离子的平均自由程比鞘层厚度大，这样可忽略鞘层中粒子碰撞引起的弹性散射、粒子激发和电离； (4)、探针材料与气体不发生化学反应； (5)、探针表面没有热电子和次级电子的发射。 则：对于插入等离子体的单探针有：
低温等离子体技术简介 低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。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。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。 低温等离子体的产生途径很多，低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为双介质阻挡放电 (Dielectric Barrier Discharge ，简称DBD)，该技术性能先进，运行稳定，获得广泛客户的认可。 装置示意图如图3-1所示。 介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1～10105Pa 的气压下进行，具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns 量级。介质层对此类放电有两个主要作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间，防止火花放电。介质阻 图3-1 介质阻挡放电示意图 交流高电压发生器高压电极 介质放电间隙 接地电极
挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。 介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点： ①介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的恶臭气 体分子作用。 ②反应快，不受气速限制。 ③采用防腐蚀材料，电极与废气不直接接触，根本上解决了设备腐蚀问题。 ④只需用电，操作极为简单，无需派专职人员看守，基本不占用人工费。 ⑤设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。 ⑥气阻小，工艺成熟。 低温等离子体净化工业废气的工作原理: 等离子体中能量的传递大致如下： 图3-2 等离子体中能量传递图 介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气
低温等离子体技术简介(介质阻挡放电) 所谓等离子体是继固体、气体、液体三态后，列为物质的第四态，由正离子、负离子、电子和中性离子组成，因体系中正负电荷总数相等，故称为“等离子体”。 等离子体按粒子温度可分为平衡态（电子温度=离子温度）与非平衡态（电子温度>>离子温度）两类。 非平衡态等离子体电子温度可上万度，离子及中性离子可低至室温，即体系表观温度仍很低，故称“低温等离子体”，一般由气体放电产生。 气体放电有多种形式，其中工业上使用的主要是电晕放电（在去除废气中的油尘上应用已相当成熟）和介质阻挡放电（用于废气中难降解物质的去除）两种。 低温等离子体技术是近年发展起来的废气处理新技术，低温等离子体处理废气的原理为： 当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。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，以达到降解污染物的目的。 低温等离子体的产生途径很多，我们使用的低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为双介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简称DBD)。装置示意图如图1所示。 图1 介质阻挡放电示意图 DBD放电净化设备优点: 介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点： ①介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以
和所有的气体分子作用。 ②反应快，不受气速限制。 ③电极与废气不直接接触，不存在设备腐蚀问题。 ④只需用电，操作极为简单，无需专人员看守，基本不占用人工费。 ⑤设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。 ⑥气阻小，适用于高流速，大风量的废气处理。 ⑦工艺已相对成熟。 低温等离子体技术(介质阻挡放电)净化原理为： 在外加电场的作用下，介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物异味得以降解去除。因其电离后产生的电子平均能量在1eV～10eV，适当控制反应条件可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变得十分快速。其能量传递过程为： 电场+电子高能电子 受激电子 高能电子+活性基因 自由基 活性基因+生成物+热 活性基因+活性基因生成物+热 异味废气在介质阻挡放电（DBD）的低温等离子体发生器中，这些废气因子被高能电子轰击后首先被打开成碎片。 而尾气中氧气和水气在高能电子作用下发生下列反应 O2＋e O·＋O3 + O2- H2O + e HO·＋H 废气因子解离的碎片粒子与氧气及O·＋O3+ O2-发生较为复杂的化学反应，降解为CO2和H2O等。 采用双介质的阻挡放电技术，属于干法处理，不需要任何吸附剂、催化剂及其他任何助燃燃料，只需采用380V交流电，经振荡升压装置获得高频脉冲电场，产生高能量电子，轰击分解废气中的恶臭、有
气体放电中等离子体的研究 091120*** 一、实验目的 1、了解等离子体的产生和有关参数的物理意义 2、采用探针法测量气体放电等离子体的电子温度和电子密度 二、实验原理 1.等离子体及其物理特性 等离子体(又称等离子区)定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。也就是说，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 虽然等离子体宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性的范围不能无限扩大，最终使电中性得以恢复。偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度λD。当系统尺度L＞λD时，系统呈现电中性，当L＜λD时，系统可能出现非电中性。 2.等离子体的主要参量 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Ｔe。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为ｎe，正离子密度为ｎi，在等离子体中ｎe≈ｎi。 （3）轴向电场强度ＥL。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ｅe。 （5）空间电位分布。 此外，由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库仑力，使它们在无规则的热运动之外，能产生某些类型的集体运动，如等离子振荡，其振荡频率Fp称为朗缪尔频率或等离子体频率。电子振荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。 3.稀薄气体产生的辉光放电 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在1０～1０2Pａ时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图2.3-1所示。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）辉区(即正辉柱)，（7）阳极暗区，（8）阳极辉
低温等离子体 什么是低温等离子体低温等离子体的产生方法低温等离子体的应用 领域 什么是低温等离子体？ 冰升温至0℃会变成水，如继续使温度升至100℃，那么水就会沸腾成为水蒸气。随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，我们把这三种基本形态称为物质的三态。那么对于气态物质，温度升至几千度时，将会有什么新变化呢? 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物（蜡烛的火焰就处于这种状态）。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等离子体(plasma)。因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。反过来，我们可以把等离子体定义为：正离子和电子的密度大致相等的电离气体。 从刚才提到的微弱的蜡烛火焰，我们可以看到等离子体的存在，而夜空中的满天星斗又都是高温的完全电离等离子体。据印度天体物理学家沙哈(M·Saha，1893-1956)的计算，宇宙中的99.9%的物质处于等离子体状态。而我们居住的地球倒是例外的温度较低的星球。此外，对于自然界中的等离子体，我们还可以列举太阳、电离层、极光、雷电等。在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。在自然和人工生成的各种主要类型的等离子体的密度和温度的数值，其密度为106（单位：个／m3）的稀薄星际等离子体到密度为1025的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。其温度分布范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108-109K （1-10亿度）。温度轴的单位eV(electron volt)是等离子体领域中常用的温度单位，1eV=11600K。 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。 若放电是在接近于大气压的高气压条件下进行，那么电子、离子、中性粒子会通过激烈碰撞而充分交换动能，从而使等离子体达到热平衡状态。若电子、离子、中性粒子的温度分别为了Te，Ti，Tn，我们把这三种粒子的温度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的热平衡等离子体称为热等离子体(thermal plasma)，在实际的热
1、论文（设计）研究目标及主要任务 近些年来，等离子体的研究受到高度关注，由射频放电方式产生的低气压、高密度等离子体在新材料的制备及材料表面改性等工艺中得到了越来越广泛的应用，为了控制离子入射到极板上的行为，通常在极板上施加一射频(RF)偏压，从而在极板附近形成一射频等离子体鞘层。本课题将对离子在射频鞘层中的运动行为进行跟踪研究，力求找到等离子体中各基本粒子随射频频率变化而引起的分布情况。利用流体力学方程，将采用一个自洽的无碰撞射频等离子体鞘层动力学模型实施数值模拟。 2、论文的主要内容 介绍等离子体的概念；等离子体的流体力学理论；对射频等离子体放电的流体动力学模拟射频等离子体鞘层动力学模型给予论述。对模拟结果进行分析研究，为其应用提供理论基础。 3、论文的基础条件及研究路线 根据现有的研究成果，描述任意频率段的射频鞘层演化过程以及对射频放电的物理过程进行分析计算,并指明今后的研究方向。 4、主要参考文献 [1] 居建华．氮对类金刚石薄膜的微观结构内应力与附着力的影响[J]．物理学报，2000，49(11)：2310-2314． [2] 马锡英．氮化硼薄膜的生长特性粘附性研究[J]．物理学报，1998，304(05)：3-101． [3] 戴忠玲．射频等离子体鞘层动力学模型[J]．物理学报，2001，50(12)：2399-2402． [4] Hua-Tan Qiu．Collisional effects on the radio-frequency sheath dynamics[J]．Journal of applied physics，2002，51(06)：1332-1337． [5] 朱武飚．负偏压射频放电过程的流体力学模拟[J]．物理学报，2000，45(07)：1138-1145． [6] 马腾才．等离子体物理原理[M]．合肥市：中国科学技术大学出版社，1988：1-2 32． 5、计划进度 阶段起止日期 1 收集资料，确定题目2011.01.04－2011.01.15 2 总结资料，撰写开题报告2011.01.16－2011.02.30 3 构思框架，书写论文初稿2011.03.01－2011.03.30 4 完成论文二稿,英文文献翻译2011.04.01－2011.04.30 5 修改并完成论文2011.05.01－2011.05.15指导教师：高书侠 2011 年 1 月 2 日
南京大学物理系实验报告 题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究 姓名朱瑛莺 2014年4月4日学号 111120230 一、引言 等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。 二、实验目的 1、了解气体放电中等离子体的特性。 2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。 三、实验原理 1、等离子体及其物理特性 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 2、等离子体的主要参量 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Te。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为n e ，正离子密度为n i ，在等离子体中n e ≈n i 。 （3）轴向电场强度E L 。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ee 。 （5）空间电位分布。 3、稀薄气体产生的辉光放电 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。 如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。但是，由于电子质量小，它在跟离子或原子作弹性碰撞时能量损失很小，所以电子的平均动能比其他粒子的大得多。这是一种非平衡状态。因此，虽然电子温度很高（约为105Ｋ），但放电气体的整体温
等离子体辉光放电 【实验目的】 1.观察低压气体辉光放电现象。 2.用探针法测量等离子体中电子等效温度、电子浓度、正负离子的平均速度、平均动能。 3.验证等离子体区电子浓度服从麦克斯韦速度分布律。 【教学重点】 1.观察气体辉光放电的现象； 2.等离子体辉光放电的原理； 3.探针法测量等离子体物理参数的方法； 【教学难点】 离子体物理参数的计算步骤 【时间安排】3学时 【教学内容】 一、检查学生预习情况 检查预习报告。 二、学生熟悉实验仪器设备 机械泵、真空放电管、高压电压等。 三、讲述实验目的和要求 1. 检查真空系统是否存在漏点；放电管内真空用机械泵抽至50Pa左右，并保持稳定；缓慢旋转高压电源旋钮，增加高压到1000V左右，应看到放电管被点亮；辨认各个放电区域. 2. 调节高压和气压，使放电管内等离子区稳定，并且颜色均匀（无层状）；缓慢降低探极电压， 并且记录探极电压和探极电流；做lg e I V ? 特性曲线，进行数据处理，得到电子等效温度、电子平 均速度、电子平均动能、电子浓度和正离子的浓度. 四、实验原理 一、辉光放电现象 当放电管内的气压降低到几十帕时，两极加以适当的电压，管内气体开始放电，辉光由细到宽，布满整个管子。当压力再降低时，辉光便分为明暗相间的八个区域.
二、用试探电极法研究等离子区 所谓试探电极就是在放电管里引入一个不太大的金属导体，导体的形状有圆柱形、平面形、球形等。我们实验用的是圆柱形。 试探电极是研究等离子区的有力工具，利用探极的伏特——安培曲线，可以决定等离子区的各种参量。测量线路如图2所示。在测量时尽量保持管子的温度和管内气体的压强不变。 实验测得的探极电压和电流曲线如上图3。对这一曲线作如下的解释：AB 段表示加在探极上的电压比探极所在那一点的空间电位负得多，在探极周围形成了正的空间电荷套层，套层的厚度一般小于等离子区中电子的自由路程。这时探极因受正离子的包围，它的电力线都作用在正离子上，不能跑出层外，因此它的电场仅限于层内。根据气体分子运动理论，在单位时间内有eS n v i i 4 1 个正 离子靠热运动达到探极上，形成的负电流 eS n v I i i i 4 1 = 我们对图中BE 段最感兴趣，因此下面将详细地加以讨论。正离子和电子是靠热运动而到达探极上的。在曲线BD 段内，探极电压比空间电位低，因此它的电场是阻止电子运动的，靠近探极的 1阿斯顿暗区 2阴极辉区 3阴极暗区 4负辉区 5法拉第暗区 6 阳辉区 (等离子区) 7阳极暗区 8阳级辉区 图2 图3 e 200 B 100 Vs 1
低温等离子体对材料的表面改性 张 波 冷等离子体对材料的表面改性,通过放电等离子体来优化材料的表面结构,是一种非常先进的材料表面改性方法。冷等离子体的特殊性能可以对金属、半导体、高分子等材料进行表面改性,该技术已广泛应用于电子、机械、纺织等工程领域。 等离子体是 物质的第四态 ,它是由许多可流动的带电粒子组成的体系。等离子体的状态主要取决于它的化学成分、粒子密度和粒子温度等物理化学参量,其中粒子的密度和温度是等离子体的两个最基本参量。实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要由电子、离子、中性粒子或粒子团组成。描述等离子体的密度参数和温度参数主要有:电子温度T e、电子密度n e、离子温度T i、离子密度n i、中性粒子温度T g、中性粒子密度n g。在一般情况下,等离子体呈现宏观电中性,当等离子体处在平衡状态时,n e n i=n g。可以用物理参量电离度 =n e/ (n e+n g)来描述等离子体的电离程度,低气压放电产生的等离子体是弱电离的等离子体( 1), =1时,为完全电离等离子体。 等离子体按照其组成粒子的能量大小及热力学性质,可分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体中带电粒子的温度可达到绝对温度几千万度到上亿度,如太阳上的核聚变及地球上的热核聚变反应等。低温等离子体又分为热等离子体(热力学平衡)和冷等离子体(非热力学平衡),其中热等离子体中粒子的能量特别高,通常用于需要高温作业的领域,如磁流体发电,等离子体焊接、切割,等离子体冶炼,等离子体喷涂,等离子体制备超细粉等。实验室中采用低气压放电产生的等离子体,电子温度T e约为1~10eV(1eV=11600K),而离子温度T i只有数百开尔文,基本上等于中性粒子的温度,所以这种等离子体称为冷等离子体。正因为冷等离子体的宏观温度与室温相差无几,所以有着重要应用价值,如用于材料的表面改性以及光源等。 对于冷等离子体对高分子材料表面改性的作用机理,一般认为冷等离子体中含有大量电子、离子,激发态的分子和原子、自由基及紫外光等活性粒子,这些粒子的能量大多在0~20eV之间,而高分子材料大多是由C、H、O、N四种元素组成,这些分子之间的键能也多在l~10eV之间,如C-H(4 3eV)、C-N(2 9eV)、C-C(3 4eV)、C=C(6 leV)等,恰恰在等离子体的能量作用范围之内,因而等离子体对高分子材料表面改性十分有效,可改变其表面的化学组分和化学结构。冷等离子体对高分子材料的表面改性可分为三类:第一种是非聚合性气体的等离子体表面处理,这是通过非聚合性气体(如O2、N2、NH3等)在等离子体的气氛下使材料表面化学组分和结构发生变化;第二种是聚合性气体的等离子体聚合,这是用有机物、有机硅化合物或金属有机化合物等在材料表面生成聚合物薄膜;第三种是等离子体接枝,即在被等离子体激活的材料表面引进化学基团。总之,由于冷等离子体中含有大量电子、离子,激发态的原子、分子和自由基等活性粒子,这些活性粒子和材料相互作用使材料表面发生氧化、还原、裂解、交联和聚合等各种物理和化学反应,从而优化材料表面性能,增加材料表面的吸湿性(或疏水性)、可染性、粘接性、抗静电性及生物相容性等。 冷等离子体发生装置与 真空紫外光对材料改性的影响 冷等离子体装置,在密封容器中设置特定的电极形成电场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,它们在电场作用下发生碰撞而形成等离子体;因这时会发出辉光,故称为辉光放电。辉光放电时的气压大小对材料处理效果有很大影响,其他影响因素还有放电功率、气体成分、材料类型等。电源作为等离子体发生装置的主要部件,功率范围一般在50~500W之间,根据电源频率的不同可分为直流、低频(50Hz~50kHz)、射频(指定频率13 56MH z)、微波(常用2450MHz)。图1~图3分别是各种辉光放电装置示意图。 冷等离子体对材料表面改性的原理研究,过去一般停留在等离子体(电子、离子等)对材料表面的作用,这里介绍表面改性机制的新进展 真空紫外光(VUV)对材料的表面改性。一般认为,材料表面改性的机制,主要是自由基化学反应,但自由基扩
气体放电中等离子体的研究 摘要：本文阐述了气体放电中等离子体的特性及其测试方法，分别 使用单探针法和双探针法测量了等离子体参量，最后对本实验进行 了讨论。 关键词：等离子体，等离子体诊断，单探针法，双探针法 1. 引言 等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。 2实验目的 1.了解气体放电中等离子体的特性， 2．利用等离子体诊断技术测定等离子体中的一些基本参量。 3. 等离子体的物理特性 1.等离子体定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。也就是说，等离子体中正负电荷的密度相等，整体上呈电中性。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 2.描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度Ｔe。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主 要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为ｎe，正离子密度为ｎi，在等离子体中ｎe≈ｎi。 （3）轴向电场强度ＥL。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能Ｅe。
（5）空间电位分布。 此外，由于等离子体中带电粒子之间的相互作用力是长程的库伦力，使他们在无规则运动的热运动之外，能产生某些类型的集体运动，如等离子震荡，其震荡频率称为朗缪尔频率或等离子体频率。电子震荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。 3.稀薄气体产生的辉光放电 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在10～102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图1所示。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区，（7）阳极暗区，（8）阳极辉区。其中正辉区是等离子区。 图1 正辉区的特性是：气体高度电离；电场强度较小，且沿轴向有恒定值，这使得带电粒子的无规则运动胜过定向运动，所以他们基本上遵从麦克斯韦分布。4. 等离子体诊断 测试等离子体的方法被称为诊断。等离子体诊断有探针法，霍尔效应法，微波法，光谱法等。本次实验中采用探针法。探针法分单探针法和双探针法。 （1）单探针法。探针是封入等离子体中的一个小的金属电极（其形状可以是平板形、圆柱形、球形）。其接法如图二所示。以放电管的阳极或阴极作为参考点，改变探针电位，测出相应的探针电流，得到探针电流与其电位之间的关系，即探针伏安特性曲线，如图三所示。
实验三低压气体辉光放电等离子体的参量测量 一、实验目的和要求 1.观察直流低气压辉光放电等离子体的唯象结构，通过对辉光等离子体的伏安曲线 的测量，理解辉光等离子体的电学特性; 2.采用Langmuir双探针测量直流辉光放电等离子体的参数，用双探针法测量气体 放电等离子体的电子密度和电子温度。 二、实验基础知识 1. 等离子体 宏观物质存在的形态不限于一般所熟知的固、液、气三态，等离子体被称为第四态。我们知道，物质的温度越高，它的分子或原子就活跃。在固体里，一般温度下，原子和分子按照严格的规律整齐排列。温度升高到熔点以上变为液体时，它们就可以运动，但还要受到一定的限制。温度再升高，蒸发为气体后，分子或原子都能自由运动，不受限制。但原子内部的电子还被束缚在一定轨道上运动，不能脱离原子核。如果温度再升高，电子就可以脱离原子，完全自由地运动。失去电子的原子也成为带电的正离子。由正离子和电子按一定比例组成总电荷为零的物质形态，就称为等离子态。这种物质就称为等离子体，或者等离子区。因此等离子体定义为包含大量正负带电粒子，而又不出现净空间电荷的电离气体。即其中正、负电荷密度相等，整体上呈现电中性。等离子体早就被人们所见到：宏伟的极光、闪电或电网上的火花、五颜六色的霓虹灯、明亮的高压汞灯、钠灯和日光灯都是等离子体在发光；地球周围的电离层、整个太阳以及其它恒星也是由等离子体组成。等离子体可分为等温等离子体和不等温离子体。一般气体放电产生的等离子体属不等温离子体。 等离子体有一系列的不同于普通气体的独特性质：有很高的温度，气体分子高度电离，是电和热的良导体；带正电荷和带负电荷的粒子密度几乎相等，宏观上是电中性的；等离子体可以为外加电场或磁场所支配；等离子体具有很大且复杂的电导率；产生等离子体震荡。虽然等离子体在宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性
低温等离子体技术在环境工程中的应用： 低温等离子体技术在废气处理中的应用随着工业经济的发展，石油、制药、油漆、印刷和涂料等行业产生的挥发性有机废气也日渐增多，这些废气不仅会在大气中停留较长的时间，还会扩散和漂移到较远的地方，给环境带来严重的污染，这些废气吸入***，直接对***的健康产生极大的危害；另外工业烟气的无控制排放使全球性的大气环境日益恶化，酸雨(主要来源于工业排放的硫氧化物和氮氧化物) 的危害引起了各国的重视。由于大气受污染而酸化，导致了生态环境的破坏，重大灾难频繁发生，给人类造成了巨大损失。因此选择一种经济、可行性强的处理方法势在必行。 降解挥发性有机污染物(VOCs)传统的处理方法如吸收、吸附、冷凝和燃烧等，对于低浓度的VOCs很难实现，而光催化降解VOCs又存在催化剂容易失活的问题，利用低温等离子体处理VOCs可以不受上述条件的限制，具有潜在的优势。但由于等离子体是一门包含放电物理学、放电化学、化学反应工程学及真空技术等基础学科之上的交叉学科。因此, 目前能成熟的掌握该技术的单位非常的少。大部分宣传采用低温等离子技术处理废气的宣传都不是真正意义上的低温等离子废气处理技术。 是否是低温等离子体处理技术的简单判断方法： 现在，各传媒上宣传低温等离子废气处理的产品和技术很多，可这些产品的宣传大部分都是在炒低温等离子体概念。如何判断是否是真正意义上的低温等离子体技术？可以用下面两个简单的规则来判断，即使你不懂低温等离子体技术也能判断出是真是假。 (1) 在废气处理的通道上必须充满了低温等离子体。这条规则判断很简单，只要用眼睛观察一下处理通道是否充满紫蓝色的放电就可以直观的了解是否是低温等离子体了（需要注意的是不要将各种颜色的灯光当作电离子体放电）。如果在废气处理的通道上只零星的分布若干的放电点或线，则处理的效果是非常有限的，因为，大部分的(VOCs)气体没有进过低温等离子体处理区域。 (2) 低温等离子体处理系统必须要有一定的放电处理功率。通常需