高气压非平衡等离子体化学及应用基础研究

等离子体技术的应用-------废气处理及航天推进器等离子体是一种电离气体，由电子、离子、中性粒子等组成，属于物质的高能凝聚态。

等离子体中含有大量的带电粒子，使得它与普通气体有着本质的区别，具有很多普通气体没有的特性。

对等离子体的研究己发展成为一门独立的物理学分支——等离子体物理学，等离子体物理学在工程技术中的应用形成了大有发展前景的专门技术，即等离子体技术。

近年来，等离子体技术的实际应用获得了快速的发展，应用领域越来越广泛。

目前，世界各国正加紧研究把等离子体技术用于武器系统隐身、通信和探测、火炮发射、飞行器拦截、环境污染、航天推进等方面，等离子体技术的应用对未来具有深远的意义一、环境污染近几年来，等离子体技术在能源、信息、材料、化工、物理医学、军工、航天等领域中大量应用，同时，国外许多研究机构不断将等离子体技术应用在环境工程中。

目前，等离子体技术处理废水、废气及固体废弃物的研究已经取得了一定进展。

在环境监测中电感耦合等离子体原子发射光谱法和质谱法已广泛应用于生态环境监测体系中(包括大气、水、土壤等)微量元素的测定。

在大气污染治理中主要应用于烟气净化、脱硫、脱硝等方面。

在水污染治理中主要应用于高浓度有机废液、垃圾渗滤液等废水的治理。

在固体废物处理方面，等离子体技术逐渐取代传统的焚烧法应用于城市固体废弃物及生物武器、化学武器、化学毒品等特种固体废物的处理。

1997年，美国开始采用等离子体废物处理系统处理军方废弃武器，1999年初，美国、欧盟、日本等逐渐关闭焚化炉后开始转向等离子废物处理系统，目前，瑞典、美国、德国、日本等国已建立了一定规模的城市固体废物的等离子体处理厂。

随着工业现代化的不断进步和发展，排放到大气中的硫氧化物、氮氧化物及有机废气等不断增加，大气污染造成的大气质量的恶化、酸雨现象、温室效应及臭氧层破坏足以威胁人类在地球上的生存和居住，其后果十分严峻，废气排放造成的环境污染问题逐渐引起人们的广泛重视。

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术基础1、等离子体增强化学气相沉积的主要过程等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种新的制备技术。

由于PECVD技术是通过应气体放电来制备薄膜的，有效地利用了非平衡等离子体的反应特征，从根本上改变了反应体系的能量供给方式。

一般说来,采用PECVD技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下三个基本过程：首先，在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物；其二，各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；最后，到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。

具体说来，基于辉光放电方法的PECVD技术，能够使得反应气体在外界电磁场的激励下实现电离形成等离子体。

在辉光放电的等离子体中，电子经外电场加速后，其动能通常可达10eV左右，甚至更高，足以破坏反应气体分子的化学键，因此，通过高能电子和反应气体分子的非弹性碰撞，就会使气体分子电离（离化）或者使其分解，产生中性原子和分子生成物。

正离子受到离子层加速电场的加速与上电极碰撞，放置衬底的下电极附近也存在有一较小的离子层电场，所以衬底也受到某种程度的离子轰击。

因而分解产生的中性物依扩散到达管壁和衬底。

这些粒子和基团（这里把化学上是活性的中性原子和分子物都称之为基团）在漂移和扩散的过程中，由于平均自由程很短，所以都会发生离子-分子反应和基团-分子反应等过程。

到达衬底并被吸附的化学活性物（主要是基团）的化学性质都很活泼，由它们之间的相互反应从而形成薄膜。

2、等离子体内的化学反应由于辉光放电过程中对反应气体的激励主要是电子碰撞，因此等离子体内的基元反应多种多样的，而且等离子体与固体表面的相互作用也非常复杂，这些都给PECVD技术制膜过程的机理研究增加了难度。

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低温等离子体
等离子体 冷等离子体 如：极光、日光灯 热等离子体 如：电弧、碘钨灯
等离子体氧化机理
01
高能电子作用
03
紫外光分解作用
02
臭氧氧化作用
等离子体氧化机理
等离子体化学反应过程
低温等离子体废水处理技术是一种兼具高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光分解等三种作用于一体的废水处理技术。 三种方法协同作用时，处理效果优于各方法单独作用。
固体 冰
00C
液体 水
1000C
气体 水汽
100000C
等离子体 电离气体
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宇宙中90％物质处于等离子体态
星云 极光 太阳表面 闪电
美国宇航局提供的照片-----南极上空的椭圆形极光
人造等离子体
日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器；
01
工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理；
焦化废水和垃圾渗滤液
实验对象：
将废水装入反应器中，经空心正电极送入压缩空气进行放电，总的持续时间为30分钟，当放电进行到20分钟时进行一次采样，然后放电结束时再次进行采样，最后将处理后水样的各种指标与原水的指标进行对比从而得出一些结论。
实验步骤：
实验结论
焦化废水
分析表明：
处理20分钟与处理30分钟水样的各项指标变化不大； 处理20分钟后各项指标的去除率：COD降低了62.2%，BOD降低了65.2%，PH值基本保持不变。
种珊
等离子体水处理技术
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主要内容

等离子的应用——发光
利用等离子体的发光的应用： 利用等离子体的发光的应用
跟白炽灯不一样，等离子体能发出一种多彩 的光芒 跟白炽灯不一样，等离子体光源通常是冷光 源，发光效率高 等离子平板显示是等离子体发光的另一应用， 现在，大面积的等离子体电视已经商用
等 离 子 体 发 光 实 例
等离子的高温应用
利用等离子体高温的应用 ：
等离子体方法能获得普通加热方法难以达到 的高温，是研究方向的前沿 原子核聚变过程中，物质都处于等离子体状 态，其等离子体温度很高 等离子体的高温可用于焊接、切割、金属熔 炼等方面。
等离子电弧 焊接
等离子电弧 熔炼
等离子的应用——化学活性
利用等离子体化学活性的应用： 利用等离子体化学活性的应用：
物质存在的第四态等离子体主讲人刘国兵等离子体等离子体又叫做电浆是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质等离子体的简介等离子体广泛存在于宇宙中常被认为是除去固液气外物质存在的第四种形态等离子体是一种很好的导电体等离子体物理的发展为材料能源信息环境空间空间物理地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺神秘而又常见的等离子体等离子体看似神秘其实在宇宙中是一种常见的物质利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉移动和加速等离子体而加以应用在太阳恒星闪电中都存在等离子体它占了整个宇宙的99如焊工们用高温等离子体焊接金属等离子的分类等离子体可按体焰温度分为高温等离子体重粒子和电子的温度都很高而且几乎相等的等离子体称为高温等离子体低温等离子体放电过程中虽然电子温度很高但重粒子温度很低的这样一个状态称为低温等离子体高温等离子体低温等离子体等离子的分类等离子体按按所处的状态可分为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等离子体的产生产生等离子体的方法主要有热致电离气体放电放射性同位素激光照射高功率徽波激励等目前在机载条件下最常用的方法主要是气体放电法和涂抹放射性同位素两种方法气体放电法在电气方面而言它指的是能用电弧放电而产生一种拥有离子电子和核心粒子的不带电的离子化物质的方法在一个等离子中其中的粒子已从核心粒子中分离了出来