等离子体及其技术应用
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等离子体应用技术等离子体(Plasma)是一种高度激发的物质态,由相等数量的正离子和自由电子组成。
等离子体应用技术是指利用等离子体的性质和特点,在各个领域中进行应用的一项技术。
它不仅在科学研究和实验室中有广泛的应用,也在工业、能源、医疗等领域发挥着独特的作用。
本文将分析等离子体应用技术在不同领域中的应用情况,并探讨其潜在的未来发展前景。
一、工业应用1. 等离子体切割技术等离子体切割技术是一种高精度、高效率的金属切割方法。
通过在金属表面产生高能量的等离子体来融化和气化材料,实现金属的切割和雕刻。
这种技术在汽车制造、航空航天等工业领域有广泛的应用。
它不仅可以提高生产效率,还可以减少废料产生,降低能源消耗。
2. 等离子体喷涂技术等离子体喷涂技术是一种表面涂层处理方法。
通过将材料的粉末形式置于高能量等离子体中,使其在金属表面形成坚固的涂层。
这种涂层具有耐磨、耐腐蚀、绝缘等性能,可以用于改善材料的表面性能,延长使用寿命。
在航空航天、电子电器等领域,等离子体喷涂技术已被广泛应用。
二、能源应用1. 核聚变技术等离子体在能源领域中最具代表性的应用就是核聚变技术。
核聚变是指将两个轻核聚变成较重的核,释放出巨大的能量。
在核聚变反应中,需要使用等离子体维持高温和高压环境,这使得等离子体成为核聚变的理想燃料。
未来,核聚变技术有望成为一种清洁、高效的能源来源,解决人类能源需求和环境问题。
2. 太阳能利用太阳是一个由等离子体组成的巨大等离子体球体。
利用太阳等离子体的性质,可以实现太阳能的收集和利用。
目前,太阳能电池板是最常见的太阳能利用技术,它将光能转化为电能。
此外,等离子体的磁场控制技术也被用于太阳观测和太阳风预警等领域。
三、医疗应用1. 医疗灭菌等离子体可以产生高能量的电子,具有良好的杀菌和灭菌效果。
在医疗设备消毒和手术器械灭菌中,等离子体技术广泛应用。
相比传统的消毒方法,如高温蒸汽或化学消毒剂,等离子体灭菌具有更高的效率和更低的污染风险。
等离子的作用等离子体是物质在极高温度下电离形成的一种状态,具有高度活性的特点。
在自然界中,等离子体广泛存在于太阳、恒星和闪电等高温高能环境中。
在实验室中,人们也可以通过电离气体或者利用高压电场等方法来产生等离子体。
等离子体有许多重要的物理和化学性质,因此在很多领域都有广泛应用。
以下是等离子体的一些主要应用:1. 等离子刻蚀:等离子体在工业和科研中被广泛用于表面处理和刻蚀。
等离子刻蚀技术可以在微米和纳米尺度上精确控制材料的形状和特性,从而用于制造纳米器件、芯片和金属表面处理等领域。
2. 等离子体喷涂:等离子体喷涂技术是一种常用的表面涂层方法。
通过高温等离子体产生的热能和活性气体,可以将涂层材料喷射到基材表面上,形成坚固、耐磨的涂层。
等离子体喷涂技术被广泛应用于航空航天、汽车制造和能源行业等领域。
3. 等离子体显示器:等离子体显示器(Plasma Display Panel,PDP)是一种基于等离子体发射的平板显示技术。
PDP具有响应速度快、对比度高和观看角度广等优点,广泛应用于电视、电脑显示器和广告牌等领域。
4. 等离子体切割:等离子体切割技术利用等离子体的高温和高能量特性,可以将金属、塑料和玻璃等材料快速切割成需要的形状。
等离子体切割广泛应用于工业生产中的金属加工、建筑和造船等领域。
5. 等离子体医疗:等离子体在医疗领域也有广泛应用。
等离子体刀是一种利用等离子体束将活体组织切割和凝固的手术工具,被广泛用于肿瘤切除、皮肤整形和眼科手术等领域。
6. 等离子体推进器:等离子体推进器是一种利用等离子体推动飞船的技术。
通过电磁力将气体电离成等离子体,然后加速喷射出来,产生推力。
等离子体推进器具有高推进效率和长寿命的特点,被广泛应用于航天器和卫星的推进系统中。
总结起来,等离子体的应用涵盖了很多领域,包括材料科学、电子显示、工业制造、医疗和航天等。
随着科技的不断发展,等离子体技术的应用将会越来越广泛,为各个领域带来更多的创新和进步。
等离子技术及其应用2篇第一篇:等离子技术及其应用等离子技术是指在高温、低压条件下,将气体电离形成的等离子体进行控制利用的一种技术。
等离子体是一种高度激发的气体,其电子与离子呈中性状态的一种状态,具有很高的能量和活性。
等离子技术具有广泛的应用领域,在环保、材料加工、生物医学等领域都有重要的应用。
等离子技术在环境治理方面起到了重要作用。
例如,等离子技术可以用于废水处理,可以有效地去除废水中有机物和重金属离子。
在这个过程中,等离子体通过电离作用将废水中的有机污染物和重金属离子分解为无机物,从而达到净化废水的目的。
同时,等离子技术还可以用于气体污染治理,如大气中的臭氧消毒和去除异味等。
通过等离子体中的高能电子释放能量,可以使臭氧分子发生裂解,从而达到消毒和除臭的效果。
另外,等离子技术在材料加工中也有广泛应用。
等离子刻蚀技术是一种常用的微纳加工技术。
在这种技术中,等离子体被用于选择性地刻蚀材料表面,制造出微细的结构和芯片。
这种技术在半导体工业和其他微纳加工领域被广泛采用,可以制造出高精度、高密度的微细结构。
除了刻蚀,等离子技术还可以用于表面改性和涂层。
等离子体可以通过和材料表面的反应改变材料的性质,如增加耐磨性、抗腐蚀性等,从而提高材料的使用寿命和性能。
在生物医学领域,等离子技术也有重要的应用。
等离子技术可以用于无创治疗,例如等离子体喷雾技术可以用于慢性伤口的治疗。
等离子体通过释放高能量的电子和离子,可以破坏伤口表面的病菌和细胞,促进伤口的愈合。
此外,等离子技术还可以用于癌症治疗。
等离子体可以选择性地破坏癌细胞,而对正常细胞影响较小。
因此,等离子技术成为一种有效的癌症治疗方法之一。
总的来说,等离子技术具有广泛的应用领域和重要的作用。
在环保、材料加工、生物医学等领域,等离子技术发挥了重要的作用。
通过研究和应用等离子技术,可以进一步推动科学技术的发展和实践应用。
第二篇:等离子技术及其应用等离子技术是指在高温、低压条件下,将气体电离形成的等离子体进行控制利用的一种技术。
等离子体技术在科学研究中的应用与前景等离子体是一种高温、高能量的物态。
它的能量密度非常高,能够产生强烈的光、电、磁等效应,因此在科学研究中有着广泛的应用前景。
下面,我们就来探究一下等离子体技术在科学研究中的应用与前景。
一、等离子体技术在材料科学中的应用1.等离子体表面处理技术等离子体表面处理技术被广泛应用于材料表面的改性和增强。
等离子体处理可以通过改变表面的化学和物理性质,使材料的表面具有更好的柔性、防腐蚀性、耐磨性、热稳定性等特性。
目前,等离子体表面处理技术已经应用于航空航天、汽车制造、电子、医疗器械等行业。
2.等离子体辅助材料合成技术等离子体辅助材料合成技术可以通过等离子体的化学反应和沉积过程,在材料表面或内部形成纳米颗粒、薄膜、涂层等新型材料。
这些材料具有独特的光、电、磁性能,对于新型电子器件和催化剂等方面有着很大的应用前景。
3.等离子体放电合成技术等离子体放电合成技术是在等离子体的作用下,在气体中合成具有特殊功能的纳米材料。
例如,利用等离子体放电技术可以制备出一系列的纳米颗粒,如氧化铁、氧化钼、氮化硅等,这些粒子主要用于高分子复合材料、显示器件、感应器、化学传感器等领域。
二、等离子体技术在能源领域中的应用1.等离子体温度计等离子体温度计是在等离子体的辐射发射光谱法基础上发展的。
它能够测量高温、高能量等离子体的温度。
这种技术可以应用于热核聚变等领域。
2.等离子体离子源等离子体离子源可以作为高能量离子束的加速器,应用于核物理、材料学等领域。
它可以生产出高能量的粒子束,用于材料表面的改性,或用于核物理实验。
这种技术在核聚变反应堆中也有着广阔的应用前景。
三、等离子体技术在生物医学中的应用1.等离子体治疗技术等离子体治疗技术是一种新型的医学治疗方法。
它利用等离子体的化学反应、放电等特性,对生物组织进行疗效处理。
这种技术可以应用于各种肿瘤、细胞排异等治疗中。
2.等离子体消毒技术等离子体消毒技术可以在不使用化学药品的情况下,快速有效地消毒。
等离子体科学及其应用研究随着科技的进步和经济的发展,等离子体科学已成为一个热门的研究领域,其应用范围也日渐广泛。
本文将从什么是等离子体、等离子体应用、等离子体科学研究现状以及未来展望等方面进行介绍和探讨。
一、什么是等离子体?等离子体是由大量带电粒子构成的一种高温、高能态的物态,其特点是具有良好的导电性、磁化性和辐射性。
等离子体广泛存在于自然界中,如极光、电晕、太阳和星际空间中的等离子体云等。
在工业生产和科学研究中,等离子体也有广泛的应用。
二、等离子体应用1. 等离子体应用于材料处理:等离子体技术可以用于表面改性、单原子层制备、纳米结构制备等领域,特别是对于传统材料表面活性的提高,使得其性能得到了很大提升,比如用于涂层、防腐等领域。
2. 等离子体应用于环保:等离子体技术可以对污染物进行高效处理,如用等离子体技术制备光催化剂,可以在光催化反应中去除大气中的有害气体,实现空气净化。
3. 等离子体应用于半导体行业:等离子体技术是半导体行业中制备少杂质晶体的重要工艺之一。
特别是在纳米制备方面,等离子体技术为制备低维量子点、纳米线等提供了重要的方法和手段。
4. 等离子体应用于物理研究:等离子体物理除了具有基础研究价值外,还是热核聚变、宇宙物理、天体物理和磁约束聚变等领域的基础。
并且等离子体过程的本质也是研究其他领域普遍存在的非平衡过程的理论和实验基础。
三、等离子体科学研究现状目前,等离子体科学的研究已经形成了一定规模,所研究的问题也日益复杂,其主要的研究方向包括等离子体基础物理研究、等离子体与材料界面的相互作用、等离子体科学技术等。
近年来,等离子体理论与数值模拟的研究已经得到了长足发展,不仅进一步理论了等离子体的机制,还发现了一些新的等离子体现象和机制。
同时,理论模拟也为实验提供了很好的预测和导向,使得实验研究取得了突破性进展。
四、未来展望随着现代科技的发展,等离子体的应用领域将不断拓展。
同时,等离子体的理论和数值模拟也将不断深入,其在生物、医药等领域的应用也将逐步得到开发和应用。
等离子体技术的基本原理和应用等离子体技术是一种高科技的技术,具有广泛的应用场景。
等离子体技术,简单地说,就是将物质中的电子从原子核中剥离,形成一个电离态的气体,即等离子体。
等离子体呈现出电子、离子、自由基等多种状态,具有很强的化学、物理性能,在许多领域有广泛的应用。
等离子体技术的基本原理
首先,等离子体技术的产生需要一定的能量。
比如,可以通过高温、高压、强电场、强磁场等方式提供能量,使原子中的电子逐步离开原子核形成一个高度电离的气体状态,即等离子体。
等离子体技术主要是利用等离子体的化学、物理特性进行一系列的加工和改性,因为电离状态下的气体各种物理、化学等特性与普通气体不同。
等离子体技术的应用
等离子体技术已经应用于工业、医学和环保等多个领域,是当今世界的热门技术之一。
大家常见的离子发动机就是利用等离子体产生推力,驱动飞行器的发动机。
等离子体在航天、核聚变等领域有着广泛的应用。
比如,在环保领域,等离子体已经被运用于大规模废水、工业废气的净化处理,通过突破传统污水、污气处理方式,达到了非常好的净化效果。
等离子体在医学领域也有着重要的应用,现在许多先进的医疗设备和手术器械,比如射频等都用到了等离子体技术,这使得医学的诊断和治疗更为有效和方便。
此外,等离子体的应用还可以扩展到电子产业、纺织、家电、食品等各个领域,预计在未来还会有更广泛的应用。
结论
等离子体技术的开发和应用受到许多学科的支持,其中包含了物理学、化学、电子学等许多领域的知识与技术。
随着科学技术
的不断发展,等离子体技术在各个领域有着广阔的应用前景,将会为人们的生活、工作、环保和医疗等领域带来越来越多的福利和便利。
等离子体的原理和应用
等离子体是一种由离子和自由电子组成的气体状态,它具有高温、高能、易导电、易感应磁场等特性。
等离子体的产生主要有放电、热力学等方法,其中最常见的放电方式有电弧放电、辉光放电等。
等离子体的应用十分广泛,其中一些重要的应用包括:
1. 等离子体显示技术:利用等离子体的高亮度和色彩鲜艳的特性制造高清晰度的电视和显示器。
2. 等离子体刻蚀技术:利用等离子体的高能和易导电的特性,在半导体微电子加工中进行精准加工。
3. 等离子体医学:利用等离子体的激励光谱技术,对人体组织进行检测和分析,也用于手术切割、消毒等。
4. 等离子体清洗技术:利用等离子体的高能和高密度,清除污垢和杂质,广泛应用于半导体、LCD面板等领域。
5. 等离子体推进技术:利用等离子体的离子推进精度高、效率高、速度快的特性,研发了等离子体推进器,用于航天器的推进。
总之,等离子体的原理和应用在现代科技中扮演着重要的角色,其研究和应用将会继续推动科技的发展。
等离子体技术的应用及其优势等离子体技术是指通过激发气体原子或分子,令其电离形成等离子体的一种技术。
等离子体的应用领域非常广泛,基本上涵盖了所有种类的制造、工艺、科学和医疗领域。
等离子体可以通过其自身高温、高能量、高速度、高密度等特性,实现对材料和生物体的精细处理、改性和诊疗,具有很多优势。
一、等离子体技术在材料制造领域的应用等离子体技术在材料制造领域的应用非常广泛,主要包括表面涂覆、改性、清洗和纳米材料制备等方面。
表面涂覆是等离子体技术的一种主要应用之一。
经过等离子体处理后的材料表面能够形成一层具有特定性能的薄膜,如防腐、耐磨、低摩擦、抗氧化、光学透明等。
这种技术被广泛应用于食品包装、汽车涂装、建筑材料、纺织品和电子元器件等领域。
改性是等离子体技术的另一大应用。
等离子体处理后的材料能够增强材料的某些性能,如硬度、强度、耐蚀性、抗磨性、防腐性和电性能等。
这种技术被广泛应用于金属、塑料、陶瓷、玻璃和纤维等材料的改性和强化。
清洗是等离子体技术在制造领域中的另一个主要应用。
等离子体处理后的材料表面能够去除污染物、油脂、细胞和细菌等,同时能够对表面进行解脱、氧化和破坏杂质。
这种技术被广泛应用于半导体制造、食品加工、医疗器械消毒和玻璃清洗等领域。
纳米材料制备是等离子体技术的研究热点之一。
通过等离子体处理,可以获得具有纳米级结构的材料,并且能够精确控制其形貌、尺寸和组分。
这种技术被广泛应用于纳米材料合成、催化材料制备、生物传感和能源存储等领域。
二、等离子体技术在生物医学领域的应用等离子体技术在生物医学领域有着广泛的应用,主要包括抗菌、诊疗、生物芯片和药物输送等方面。
抗菌是等离子体技术在生物医学领域中的一大优势。
经过等离子体处理后,生物体表面的菌群能够被破坏,从而起到杀菌消毒的作用。
这种技术被广泛应用于医疗器械消毒、口腔卫生和污染物净化等领域。
诊疗是等离子体技术在生物医学领域的另一个主要应用。
通过等离子体处理,生物体组织表面能够形成特殊的化学和物理性质,从而提高针对性治疗的效果。
等离子体技术及应用
等离子体是一种高度激发的物质状态,它是由高温、高压或强电场等条件下的气体分子电离而形成的。
等离子体具有高度的电导率、热导率和化学反应性,因此在许多领域中都有广泛的应用。
等离子体技术是指利用等离子体的特性进行研究和应用的技术。
其中最常见的应用是等离子体切割和等离子体喷涂。
等离子体切割是利用等离子体的高温和高能量来切割金属和其他材料。
等离子体喷涂则是利用等离子体的高速离子流来喷涂涂料和涂层。
除了这些传统的应用外,等离子体技术还有许多新的应用。
例如,等离子体医学是一种新兴的医疗技术,它利用等离子体的化学反应性和杀菌作用来治疗癌症和其他疾病。
等离子体还可以用于制造纳米材料和纳米器件,这是一种非常重要的技术,因为纳米材料和器件具有许多独特的性质和应用。
等离子体技术还可以用于环境保护和能源开发。
例如,等离子体处理技术可以用于处理废水和废气,将有害物质转化为无害物质。
等离子体还可以用于制造太阳能电池和核聚变反应堆,这些都是未来能源发展的重要方向。
等离子体技术及应用是一种非常重要的技术,它在许多领域中都有广泛的应用。
随着科技的不断发展,等离子体技术将会有更多的应用和发展。
等离子体医学技术的研究与应用随着技术的不断发展,等离子体治疗技术逐渐被应用于医学领域中。
等离子体是一种高能物质,能够有效地杀死病菌和细胞,并有助于刺激人体的自然修复机制。
因此,等离子体医学技术被认为是一种很有前景的疗法,能够帮助治疗多种疾病。
1. 等离子体杀菌技术等离子体杀菌技术是一种利用高能离子和电子辐射杀灭微生物的技术。
近年来,该技术在医学领域得到了广泛应用。
它可以用于治疗各种感染性疾病,如皮肤疾病、手术创伤、烧伤等。
此外,等离子体杀菌技术也可以用于净化空气和水源,达到环保的效果。
2. 等离子体切割技术等离子体切割技术是一种利用等离子体的高热能量来切割组织和腐蚀器械的技术。
该技术在手术中应用较为广泛,因为它能够切割组织而不会引起出血,且可以防止肿瘤转移。
然而,等离子体切割技术有一个缺点,就是它可能会对人体产生一定的辐射。
因此,必须在使用时注意安全。
3. 等离子体促进愈合技术等离子体促进愈合技术是一种利用等离子体的高能量来加速创伤愈合的技术。
该技术在接受化疗和放射治疗的癌症患者中应用较为广泛,因为它能够缓解化疗和放射治疗对人体的不良反应。
此外,等离子体促进愈合技术还可以用于治疗糖尿病、压疮、皮肤移植等方面的疾病。
4. 等离子体净化技术等离子体净化技术是一种利用等离子体的高能量来分解有害物质的技术。
该技术在饮用水净化、空气净化、垃圾清理等方面得到了广泛应用。
此外,等离子体净化技术还可以用于治疗污染源和废弃物的处理。
总的来说,等离子体医学技术是一种非常有前景的疗法。
虽然目前它还存在一些安全隐患,但是随着技术的不断发展,这些问题也将逐渐得到解决。
相信在不久的将来,等离子体医学技术将会在医学领域得到广泛的应用。
等离子体及其技术应用生化系化学教育姓名:蒋敏学号:20101420摘要:通过介绍等离子体的概念、分类、特性、原理及其在化学工业、材料工业、电子工业、能源方面和机械工业、国防工业、生物医学及环境保护方面的技术应用。
关键词:等离子体、概念、特性、原理、应用前言:等离子体是宇宙中物质存在的一种状态。
物质除固、液、气三态外,还有第四种状态即等离子态。
所谓等离子体就是气体在外力作用下发生电离,产生电荷相反、数量相等的电子和正离子以及游离基(电子、离子和游离基之间又可复合成原子和分子),由于在宏观上呈中性,故称之为等离子体。
处于等离于态的各种物质微粒具有较强的化学活性,在一定的条件下可获得较完全的化学反应,物质的各态之间是可以相互转化的。
1. 等离子体等离子体是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、微料等)组成的, 宏观上呈现准中性, 且具有集体效应的混合气体。
所谓准中性是指在等离子体中的正负离子数目基本相等, 系统在宏观上呈现中性, 但在小尺度上则呈现出电磁性, 而集体效应则突出地反映了等离子体与中性气体的区别。
1.1等离子体的含义由电子、离子和中性粒子三种成分组成。
其中电子和离子的电荷总数基本相等,因而作为整体是电中性的。
等离子体是由大量带电粒子组成的有宏观空间尺度和时间尺度的体系。
1.2等离子体的产生对液体加热使之温度升高,可以使它转化为气体。
在通常的气体中,物质的最小单元是分子。
如果对气体再加热使气体温度升高时,分子会分解成单个原子,这种以原子为基本单元而组成的气体叫做原子气体。
使原子气体的温度再升高,原子运动的速度增大。
通过相互碰撞使之电离出自由电子和阳离子,当许多原子被电离之后,会形成一个电离过程、电离成的离子与电子复合成中性微粒过程之间的动态平衡,因此在宏观上存在着大量不变的各种离子和电子,形成等离子状态。
除了高温下微粒通过碰撞发生电离之外,产生等离子体的方法很多,常用的产生等离子体的方法主要有以下几种:1.1.1气体放电法在电场作用下获得加速动能的带电粒子与气体分子碰撞、加之阴极二次电子发射等机制的作用,导致气体击穿放电而形成等离子体。
1.1.2光电离法和激光辐射电离借入射光量子来使物质分子电离,只要光量子大于或等于该物质的第一电离能,可形成等离子体。
激光辐射不仅有单光子,还有多光子和级联电离机制;它的另一特点是可获得高温高密度等离子体。
1.1.3射线辐照法用各种射线包括α、β、γ和射线或粒子束电子束、离子束等对气体辐照也可产生等离子体。
1.1.4燃烧法借助热运动动能使气体中足够大的原子、分子相互碰撞引起电离。
这种方法产生的等离子体称火焰等离子体。
2.等离子体的分类2.1 按产生方式分类按产生方式可分为天然等离子体和人工等离子体。
天然等离子体: 宇宙中99.9%的物质处于等离子体状态, 如恒星星系、星云等。
地球比较特别, 物质大部分以凝聚态形式存在, 能量水平低。
可是在大气中, 由于宇宙射线等外来高能射线的作用, 在每立方厘米内每秒会产生20个离子。
当然, 对密度为每立方厘米1019个分子的大气来讲, 这种电离程度太微弱了。
但是雷雨时的闪电, 可使大气达到很高的电离度, 形成可观的等离子体。
大气上部出现的极光,以及黑夜天空中的余辉, 则是另一种形式的等离子体。
人工等离子体: 人们周围随处可见人工产生的等离子体, 如日光灯、霓虹灯中的放电等离子体, 等离子体炬(焊接、新材料制备、消除污染)中眩目的电弧放电等离子体, 爆炸、冲击波中的等离子体以及气体激光器和各种气体放电中的电离气体。
2.2 按电离度分类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。
等离子体可分为以下三类: 当B= 1时, 称为完全电离等离子体, 如日冕, 核聚变中的高温等离子体, 其电离度是100%;0. 01< B< 1时, 称为部分电离等离子体。
如大气电离层、极光、雷电、电晕放电等都属于部分电离等离子体; B< 0. 01时, 称为弱电离等离子体, 如火焰中的等离子体大部分是中性粒子, 带电粒子成分较少, 属于弱电离等离子体。
2. 3 按热力学平衡分类根据离子温度与电子温度是否达到热平衡, 可把等离子体分为三类: 完全热平衡等离子体: 当整个等离子体系统温度T > 5 @ 103K时, 体系处于热平衡状态, 各种粒子的平均动能都相同, 这种等离子体称为热力学平衡等离子体, 简称平衡等离子体; 局域热力学平衡等离子体: 就是局部处于热力学平衡的等离子体; 非热力学平衡等离子体: 通过低气压放电获得等离子体时, 气体分子间距非常大。
自由电子可在电场方向得到较大加速度, 从而获得较高的能量。
而质量较大的离子在电场中则不会得到电子那样大的动能, 气体分子也一样。
所以, 电子的平均动能远远超过中性粒子和离子的动能, 电子的温度可高达104K,而中性粒子和离子的温度却只有300- 500K. 这种等离子体处于非平衡状态, 所以称为非热力学平衡等离子体,简称非平衡等离子体。
2. 4 按系统温度分类按系统温度可分为高温等离子体和低温等离子体。
高温等离子体中的粒子温度T > 108 - 109K, 粒子有足够的能量相互碰撞, 达到了核聚变反应的条件。
低温等离子体又分为热等离子和冷等离子体两种。
热等离子体是稠密气体在常压或高压下电弧放电或高频放电而产生的, 温度也在上千乃至数万开, 可使分子、原子离解、电离、化合等。
冷等离子体的温度在100- 1000K 之间, 通常是稀薄气体在低压下过激光、射频或微波电源发辉光放电而产生的。
2. 5 按产生方法和途径分类除自然界本身产生的等离子体外, 人为发生等离子的方法主要有气体放电法、射线辐射法、光电离法、热电离法、冲击波法等。
其中化工中最为常见的是气体放电法。
根据所加电场的频率, 气体放电可分为直流放电、低频放电、高频放电、微波放电等多种类型;根据其放电形式又可分为电晕、辉光、弧光等离子体等;根据气压可分为低压等离子体和常压等离子体。
3. 等离子体特性通常称等离子体是“物质的第四态”,它是由许多可流动的带电粒子组成的体 系。
通常我们在日常生活中很难接触到等离子体,其原因是在正常情况下物质是以固态、液态及气态形式存在的。
实际上,在自然界中99%的物质是以等离子体状态存在的。
我们的地球就是被一弱电离的等离子体(即电离层)所包围。
在太空中的一些星体及星系就是由等离子体构成的,如太阳就是一氢等离子体球。
当然,人们也可以在实验室中采用不同的气体放电方法来产生等离子体。
用于材料表面改性或合成新材料的等离子体,一般都是由低气压放电产生的。
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的参量。
对于实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要是由电子、离子、中性粒子或粒子团组成的。
因此,描述等离子体的密度参数和温度参数主要有:电子的密度n e 和温度T e 、离子的密度n i 和温度T i 以及中性粒子的密度n g 和温度T g 。
在一般情况下,为了保证等离子体的宏观电中性,要求等离子体处在平衡状态时,电子密度近似地等于离子密度n e ≈ n i = n 0。
可以用电离度 g e en n n +=η (1.1-1)这个物理参量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一个弱电离的等离子体(η<<1 )。
当1=η时,为完全电离等离子体。
对于实验室中采用低气压放电产生的等离子体,电子的温度T e 约为1~10eV ( 1eV=11600K ),远大于离子的温度T i (只有数百K ,基本上等于中性粒子的温度)。
有时称这种等离子体为冷等离子体(Cold Plasma )。
等离子体在宏观上是呈电中性的。
但如果受到某种扰动,其内部将会出现局域电荷空间分离,产生电场。
如在等离子体中放入一带正电量q 的小球,由于该电荷的静电场的作用,它将对等离子体中的电子进行吸引,而对离子进行排斥。
这样,在它的周围将形成一个带负电的球状“电子云”。
这时,带电小球在等离子体中产生的静电势不再是一简单的裸库仑势,而是一屏蔽的库仑势,如:)r/exp(r qV(r)D λ-= (1.1-2)其中 20e B e n 4T k πλ=D (1.1-3)为德拜屏蔽长度(Debye Shielding Length ).可见电子云对带电小球产生的库仑势(或场)起着屏蔽作用,这种现象被称为等离子体的德拜屏蔽。
德拜屏蔽长度是等离子体的一个重要物理参量。
为了保证一个带电粒子系统是一个等离子体,通常要求其空间尺度L 要远大于德拜屏蔽长度,即: L>>D λ. 对于典型的辉光放电等离子体,有eV 1T k ,cm 10n e B -310 0==,这样 cm 1073D -⨯=λ。
等离子体另一个特性是其振荡性。
一般地,处于平衡状态的等离子体在宏观上其密度分布是均匀的,但从微观上看,其密度分布是有涨落的,且这种密度涨落具有振荡性。
为了说明等离子体密度涨落的振荡性,不妨可以假设等离子体是仅由电子和离子组成的。
由于离子的质量较重,可以看成离子是不动的,构成一均匀分布的正电荷的本底。
如果在某点电子的密度突然受到扰动,相对正电荷的离子本底有一个移动,造成电荷空间分离。
但这种电荷空间分离不能继续进行下去,因为库仑力的作用将试图把电子拉回到其原来的平衡位置,以保持等离子体的电中性。
然而,由于电子具有惯性,它们到达平衡位置时并不能停止下来,而是朝另一个方向继续运动,造成新的电荷空间分离。
这样一来,库仑力又要试图把它们拉回到平衡位置,依此下去⋯。
这种现象即称为等离子体的振荡 ( Plasma Oscillation )。
等离子体的振荡频率为e 20p m e n 4πω= (1.1-4)实际上,上面我们讨论的是等离子体中的电子密度的振荡性。
由于离子的质量远大于电子的质量,因此离子的振荡频率相对很小。
所以,通常讲等离子体的振荡实际上就是指电子的振荡。
p ω是等离子体的另一个重要的物理量。
等离子体电中性条件要求:等离子体放电的特征时间尺度t 要远大于等离子体的振荡周期p /1ωτ=。
到达表面上的电子除一部分与离子复合外,还将剩余一部分,从而在基板上出现净负电荷积累,即基板表面相对等离子体区呈负电势。
该负电势将排斥向表面运动的后续电子,同时吸引正离子。
直到基体表面的负电势达到某个确定的值使离子流与电子流相等时为止。
显然,由于基体表面呈负电势,那么在基体表面与等离子体交界处形成一个由正离子构成的空间电荷层,也就是离子鞘层。
可以证明:在这种情况下,基板上的电势为[]i e i e e B m T T m e T k /)/1(2ln )2(V 0+=π (1.1-5)实际上,不仅是悬浮的基板,凡是与等离子体交界的任何绝缘性物体,包括放电室的器壁、电极等,都会在其表面附近形成一离子鞘层。