等离子体的应用

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摘要

等离子体作为物质存在的一种基本形态，自18世纪中期被发现以来，对它的认

识和利用不断深化。我们知道，普通化学反应和化工设备中所产生的温度只有二千多度。而在各种形式的气体放电所形成的低温等离子体中电子温度可达一万度以上，足以造成各种化学键的断裂，或使气体分子激发电离，产生许多在通常条件下不能发生的化学反应，获得通常条件下不能得到的化合物或化工产品，并且获得的化合物与化工产品不会产生热分解。目前，等离子体技术已被广泛的用于国防、工业、农业、环境、通信等一系列国民经济发展领域，极大地推动了信息产业的发展，促进了工业科技进步。

关键词等离子体微波放电隐身技术材料的表面改性微波等离子灯

引言

等离子体是由带电的正粒子、负粒子（其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体，其中正电荷和负电荷电量相等故称等离子体。他们在宏观上呈电中性的电离态气体（也有你液态、固态）。当温度足够高时，构成分子的原子也获得足够大的的动能，开始彼此分离，这一过程称为离解。在此基础上进一步提高温度，就会出现一种全新的现象，原子的外层电子将摆脱原子核的束缚而成为自由电子，失去电子的原子变成带正电的离子，这个过程叫电离。等离子体指的就是这种电离气体，它通常由光子、电子、基态原子（或分子）、激发态原子（或分子）以及正离子和负离子六种基本粒子构成的集合体。因此，等离子体也被称为物质的第四态。

内容

一、等离子的性质

物质的第四态等离子体有着许多独特的物理、化学性质。只要表现如下：

1) 温度高、粒子动能大。

2) 作为带电粒子的集合体，具有类似金属的导电性能。等离子体从整体上看是一种导体电流体。

3) 化学性质活泼，容易发生化学反应。

4) 发光特性，可以作光源。

二、等离子技术的应用

微波放电等离子体技术与应用

通常，低气压、低温等离子体是在1～100pa的气体中进行直流或射频放电产生的。直流辉光发电首先被研究和应用，但该等离子体是有极放电，而且密度低、电离度低、运行气压高，这就限制了其应用的广泛性。随后，射频放电技术逐步被发展起来，这是一种无极放电，且等离子体工作与控制参数比辉光放电有所提高，因而获得了较广泛的应用。但是其密度和电离度仍较低，应用范围依然受到限制。

微波放电初始阶段的物理过程如下。微波引入反应腔中建立起电磁场，反应气体中的电子在微波场作用下获得能量，与气体分子碰撞使其电离，从而得到更多的自由电子和离子；在电子、离子密度增加的同时，等离子体介质参数发生变化；另外，电子、离子还存在扩散和复合运动。这些作用使等离子体最终达到平衡状态。因此这是一种微波与等离子体互相作用的非线性过程。

等离子体隐身技术

等离子体隐身技术就是利用磁化或非磁化冷等离子体（低温等离子体）来规避雷达探测系统的一种新技术。与广泛采用的外形和材料隐形技术相比，等离子体隐形技术有很多独特的优点：吸波频带宽，吸收率高，隐形效果好，使用简便，使用时间长，价格便宜，可以通过开关迅速地让等离子体产生和消失；由于没有吸波材料和吸波涂层，可极大地降低维护费用；此外，等离子体隐形技术不但不会影响飞行性能，还可以减少飞行器的阻力。等离子体能隐身是因为它对雷达波具有特殊的吸收和折射特性，使其反射回到雷达接收机的能量很少，使敌方的探测系统难以侦察和发现，从而达到武器装备的隐身目的。最常见等离子隐身包括折射隐身和吸收隐身。

等离子体对材料的表面改性

从使用角度，多数工件往往是通过与材料表面有关的摩擦、磨损、腐蚀等现象而导致最后失效或破坏的，如道具和工模具的磨损、疲劳断裂，化工容器和管道的腐蚀、氧化锈蚀等。因此，材料表面改性不仅具有重要的理论研究价值，而且在工程上也具有极其重要的实用价值。材料表面改性的方法多种多样，除传统的表面和化学热处理、表面机械强化处理、电镀、堆焊和热喷涂工艺外，近代迅速发展起来的等离子体技术如等离子体源离子注入,等离子体物理气相沉积和等离子体化学气相沉积等方法受到了人们越来越大的关注。等离子体技术既可对金属材料，也可对非金属材料进行表面改性，增加材料的耐磨、耐蚀、浸润、防潮，改变对电磁波的吸收程度，半导体的绝缘保护等，它已经引起了人们的极大兴趣和重视，并逐渐发展成熟微一种新型的材料表面改性技术，在生产上得到了日益广泛的应用。

在等离子体材料表面改性及合成薄膜工艺过程中，固体的表面将受到等离子体中大量的带电粒子和中性粒子（如离子、电子、原子、分子及基团）的辐射。等离子体并不是直接与基体或工件表面相接触，而是在它们之间存在着鞘层，固体表面呈负电位。特别是离子通过鞘层电场的加速而轰击到固体的表面，产生一系列的物理现象，如入射离子的注入和反射、表面原子反冲运动和溅射、二次电子的产生和发射等。

微波等离子灯

微波等离子灯是利用频率为2450MHz电磁能量来激励硫粉等发光物质，使其在石英泡壳中形成等离子体并发光的无极放电灯，它具有全新的发光机理，是一种具有众多优点的新型光源。主要优点如下：（1）无电极污染（汞污染）和能量损耗；（2）光效高（100lm/W左右），其微波能量利用率高，节约能越；（3）光色好（色温6000k左右，显色指数Ra在80左右）；（4）光源可调，能通过电源控件实现20 %～100%之间的大范围连续调光；（5）光维持率高，燃点10000h 后光衰小于3%；（6）似太阳光连续光谱，紫外和红外辐射较低，人体感觉更舒服自然。

二、前景

近年来，微波放电已经发展成为气体放电物理和技术研究中的新兴领域并且得到了广泛的应用。通过使用适当的微波腔，微波放电可以再工作气压从几个大气压到之间有效地建立和维持。高气压、高温微波放电被用于等离子体切割、冶金、喷涂等热处理方面；低气压、低温微波放电被用于等离子体镀膜、刻蚀、表面清洗等方面。在军事高技术迅速发展的时代，以牺牲飞机的气动性能为代价

的传统隐身技术正面临挑战。“等离子体隐身技术”正在逐渐从实验室走向实用化。等离子体隐身技术，是指产生并利用在武器装备(例如飞机、舰船等)表面形成的等离子体云来实现规避电磁波探测的一种隐身技术。与隐身外形、隐身材料和隐身结构等传统的隐身技术相比，等离子体隐身技术在许多方面具有独特的优势，它可以在武器装备几乎不作任何结构和性能上的改变的情况下，通过控制武器装备表面的等离子体云的特征参数，如能量、电离度、振荡频率等，来满足各种特定要求，使敌方雷达难以探测，甚至还能改变雷达反射信号的频率，使敌方雷达测到虚假信号，以实现信息欺骗，从而达到隐身目的，是21世纪隐身技术的重要发展方向。

参考文献

[1] 许根慧，姜恩永，盛京等编著《等离子体技术与应用》化学工业出版社 2006年出版

[2] 赵青，刘述章，童洪辉编著《等离子体技术及应用》国防工业出版社 2009年出版

等离子体的应用

等离子体技术与应用 学号 队别 专业 姓名

摘要 等离子体作为物质存在的一种基本形态，自18世纪中期被发现以来，对它的认识和利用不断深化。我们知道，普通化学反应和化工设备中所产生的温度只有二千多度。而在各种形式的气体放电所形成的低温等离子体中电子温度可达一万度以上，足以造成各种化学键的断裂，或使气体分子激发电离，产生许多在通常条件下不能发生的化学反应，获得通常条件下不能得到的化合物或化工产品，并且获得的化合物与化工产品不会产生热分解。目前，等离子体技术已被广泛的用于国防、工业、农业、环境、通信等一系列国民经济发展领域，极大地推动了信息产业的发展，促进了工业科技进步。 关键词等离子体微波放电隐身技术材料的表面改性微波等离子灯 引言 等离子体是由带电的正粒子、负粒子（其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体，其中正电荷和负电荷电量相等故称等离子体。他们在宏观上呈电中性的电离态气体（也有你液态、固态）。当温度足够高时，构成分子的原子也获得足够大的的动能，开始彼此分离，这一过程称为离解。在此基础上进一步提高温度，就会出现一种全新的现象，原子的外层电子将摆脱原子核的束缚而成为自由电子，失去电子的原子变成带正电的离子，这个过程叫电离。等离子体指的就是这种电离气体，它通常由光子、电子、基态原子（或分子）、激发态原子（或分子）以及正离子和负离子六种基本粒子构成的集合体。因此，等离子体也被称为物质的第四态。 内容 一、等离子的性质 物质的第四态等离子体有着许多独特的物理、化学性质。只要表现如下： 1) 温度高、粒子动能大。 2) 作为带电粒子的集合体，具有类似金属的导电性能。等离子体从整体上看是一种导体电流体。 3) 化学性质活泼，容易发生化学反应。 4) 发光特性，可以作光源。 二、等离子技术的应用 2.1微波放电等离子体技术与应用 通常，低气压、低温等离子体是在1～100pa的气体中进行直流或射频放电产生的。直流辉光发电首先被研究和应用，但该等离子体是有极放电，而且密度低、电离度低、运行气压高，这就限制了其应用的广泛性。随后，射频放电技术逐步被发展起来，这是一种无极放电，且等离子体工作与控制参数比辉光放电有所提高，因而获得了较广泛的应用。但是其密度和电离度仍较低，应用范围依然受到限制。 微波放电初始阶段的物理过程如下。微波引入反应腔中建立起电磁场，反应气体中的电子在微波场作用下获得能量，与气体分子碰撞使其电离，从而得到更多的

等离子体技术的应用

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。大气压等离子体技术是一门新兴的环境污染处理手段，其在废气处理应用中具有成本低，效果好、操作简单，无需高价格的真空系统等特点，具有广泛的应用前景。大气压等离子体技术的实质也就是气体放电原理，气体在电场作用下被击穿而导电，由此产生的电离气体叫做气体放电等离子体。大气压等离子体分解气态污染物的机理为：等离子体中的高能电子在大气压等离子体分解气体污染物中起决定性的作用，数万度的高能电子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞，巨大的能量转换成基态分子(原子)的内能，发生激发、离解以及电离等一系列物理和化学变化使气体处于活化状态。电子能量小于10ev时产生活性自由基，活化后的污染物分子经过等离子体定向链化学反应后被脱除。而当电子平均能量超过污染物分子化学键结合能时，污染物气体分子键断裂，污染物分解，在大气压等离子体中可能发生各种类型的化学反应，反应程度取决于电子的平均能量、电子密度、气体温度、污染物气体分子浓度及共存的气体成分。大气压等离子体在废气处理中应用的机理是在等离子体中的高能电子、离子、自由基、激发态分子和原子等的作用下，将NOx与SO2被氧化成更易参与反应和更易吸收的NO2和SO3，从而实现对废气的净化处理。大气压等离子体降解污染物是一个十分复杂的过程，而且影响这一过程的因素很多，虽然目前已有大量有关低温等离子体降解污染物机理的研究，但还未形成能指导实践的理论体系，使其工业应用缺乏理论保障。其

等离子体增强化学气相沉积技术基础

等离子体增强化学气相沉积技术基础 §1.1等离子体概论 §1.1.1等离子体的基本概念和性质 近代科学研究的结果表明，物质除了具有固态、液态和气态的这三种早为人们熟悉的形态之外，在一定的条件下，还可能具有更高能量的第四种形态——等离子体状态。例如通过加热、放电等手段，使气体分子离解和电离，当电离产生的带电粒子密度达到一定的数值时，物质的状态将发生新的变化，这时的电离气体已经不再是原来的普通气体了。由于这种电离气体不管是部分电离还是完全电离，其中的正电荷总数始终和负电荷总数在数值上是相等的，于是人们将这种由电子、离子、原子、分子或者自由基团等粒子组成的电离气体称之为等离子体[ 1]。 不管在组成上还是在性质上，等离子体不同于普通的气体。普通气体由电中性的分子或原子组成，而等离子体则是带电粒子和中性粒子的集合体。等离子体和普通气体在性质上更是存在本质的区别，首先，等离子体是一种导电流体，但是又能在与气体体积相比拟的宏观尺度内维持电中性；其次，气体分子间不存在净电磁力，而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力；再者，作为一个带电粒子体系，等离子体的运动行为会受到电磁场的影响和支配。因此，等离子体是完全不同于普通气体的一种新的物质聚集态。 应当指出，并非任何的电离气体都是等离子体。众所周知，只要绝对温度不为零，任何气体中总存在有少量的分子和原子电离。严格地说来，只有当带电粒子地密度足够大，能够达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著的影响，换言之，这样密度的电离气体才能够转变成等离子体。除此之外，等离子体的存在还有其特征的空间和时间限度，如果电离气体的空间尺度L不满足等离子体存在的空间条件L>>λD（德拜长度λD为等离子体宏观空间尺度的下限）的空间限制条件，或者电离气体的存在的时间不满足τ>>τp（等离子体的振荡周期τp为等离子体存在的时间尺度的下限）时间限制条件，这样的电离气体都不能算作等离子体[2]。 §1.1.2等离子体的特性参数描述

等离子体化学的基本原理及应用

等离子体化学的基本原理及应用等离子体化学是20世纪六十年代发展起来的一门新兴交叉科学。经过40多年的研究发展，已经广泛地引用于化工、冶金、机械、纺织、电子、能源、半导体，医药等不同领域。本文对等离子体化学在材料、电子、光学、医药、化学合成、环境保护几个方面的一些应用进行综述。[1-2] 1理论概述[3] 对常温常压条件下的气体通过高温加速电子加速离子给物质以能量，物质被解离成阴、阳离子的状态，由于整个体系阴、阳离子总电荷相等，故称为等离子体。而从通常的能量排布：气体>液体>固体的角度来说，等离子的能量比气体更高，能表现出一般气体所不具有的特性，所以也被称为物质的第四态。 当气体电离生成电子正离子一般在段时间内发生结合，回到中性分子状态，这个过程产生的电子、离子的一部分能量以电磁波等不同形式消耗，在分子离解时常生成自由基，生成的电子结合中性原子，分子形成负离子。因此，整个等离子体是电子正负离子激发态原子，原子以及自由基的混合状态。因为各种化学反应都是在高激发态下进行的，与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变，即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。 在放电气体中发生的反应称为等离子体化学反应，用电子温度Te和离子温度Ti作为参数。若Te ≈Ti称为平衡等离子体或高温等离子体。若Te >>Ti称为非平衡等离子体或低温等离子体。这两种不同的情况在不同的领域都有广泛的运用。 2设备与装置[3-4] 可以将等离子的产生理解为：一定的真空度，外加电场/磁场，通电条件下射频放电产生的特殊物质。各国学者一直努力研制一种能得到均匀稳定的等离子的设备。可以通过(1)解光放电、(2)电晕放电、(3)寂静放电、(4)RF放电、(5)微波放电这5种放电方式(基本特征见图1)来得到等离子体，但为了保证反应产物不分解，一般采用辉光放电形式。这类仪器通过外加电场可以有效地把能量直接传递给反应体系中的气体分子，反应腔里将发生气体放电，产生非平衡等离子体，这种能量传递方法不仅经济有效，而且产生的等离子体具有能量高密度大的特点，所以应用较为广泛。根据反应器的结构不同分为内部电极方式的反应器、外部电极方式的反应器、直流放电反映器、采用商业频率的反映器、微波放电反映器（见图2）。而大多数工业活动需在常压或加压(高气体浓度)条件下进行，尤其化学工业、环境工程和材料工业等还不具备在低气压条件下进行化学反应的工艺条件。

等离子体及其在微电子封装领域的应用

等离子体及其在微电子封装领域的应用 在微电子元件制造过程中, 封装是一个重要步骤。优良的封装技术可以提高微电子产品的寿命，可靠性和降低环境对产品性能的影响。在微电子封装工艺中，常见的问题是芯片粘接中的空隙, 引线键合中较低的键合强度, 塑料封装后的界面剥离等等。所有这些问题均与材料的表面特性有关。 未经表面处理的材料通常不具备符合粘结的物理和化学特性而需要表面活化。表面上沉积的污染物影响了表面粘结能力而需要表面清洗。等离子工艺提供了有效的表面清洗和活化方法。在保证整体材料性质不变的情况下，等离子工艺能够实现固体表面几个分子层的物理或化学改性。 等离子体介绍 等离子体是部分电离的电中性的气体,是常见的固态，液态，气态以外的第四态。等离子体由电子，离子，自由基，光子，及其它中性粒子组成。由于等离子体中电子, 离子和自由基等活泼粒子的存在, 因而很容易与固体表面发生反应。这种反应可分为物理溅射和化学反应。物理溅射是指等离子体中的正离子在电场中获得能量去撞击表面。这种碰撞能移去表面分子片段和原子，因而使污染物从表面去除。另一方面，物理溅射能够改变表面的微观形态，使表面在分子级范围内变得更加"粗糙"，从而改善表面的粘结性能。 等离子体表面化学清洗是通过等离子体自由基参与的化学反应来完成。因为等离子体产生的自由基具有很强的化学活性而降低了反应的活化能，从而有利于化学反应的进行。反应中产生的易挥发产物(主要是气体) 会脱离表面, 因而表面污染物被清除。反应的有效性, 即表面改性的有效性取决于等离子体气源, 等离子系统的组合, 及等离子工艺操作参数。 等离子体表面清洗及活化工艺具有诸多优点。主要表现为: 1. 等离子工艺是有利于环境保护的工艺。等离子清洗过程中仅使用微量气体，没有污染物排放。 2. 等离子清洗工艺成本较低, 容易使用。可以处理拥有各种表面的材料, 并具有良好的均匀性和重复性。 3. 维护及保养费用较低。 4. 适合于高级封装及其它需要表面改性的工艺。 随着电子电路集成化的提高, 芯片尺寸变得越来越小, 表面清洗的要求越来越高。等离子体表面清洗工艺已经成为最好的选择之一。 等离子体应用 集成电路封装工艺包括芯片粘结, 引线键合及塑料封装。由于表面氧化物和有机污染物的存在, 导致了不完全有效的芯片粘结, 不良的引线键合强度, 以及封装后微电子装置中的剥离现象。所有形式的表面污染降低了集成电路封装中的可靠性和产率. 等离子体清洗可应用于芯片粘结工艺之前。等离子清洗和活化后的表面将改善芯片的粘结能力并减少可能产生的空隙。这种良好的粘结性能改善了封装的热消散能力。当共晶焊锡在芯片粘结中被用作粘结材料时, 表面的氧化会影响芯片粘结。等离子工艺能有效去除表面的金属氧化物, 从而确保无空隙的芯片粘结。 金属焊盘上污染物的存在会降低引线的键合能力。在高级封装工业中, 日益缩小的焊盘限制了键合表面尺寸, 从而增加对无污染表面的要求。在引线键合之前, 等离子体被用于去除焊盘上的污染物和氧化物, 增加键合可靠性和能力。研究发现, 经等离子体清洗后的表面, 引线键合力平均增加24.3%。 在BGA封装中, 由于封装化合物和各种材料界面之间存在不良的粘结能力, 易于产生界面剥离。通过增加BGA产品的表面能, 等离子体工艺能极大地改善材料界面的粘结能力,

等离子体及其技术的应用

等离子体及其技术的应用 摘要: 随着等离子体技术的迅速发展，逐渐形成了一个新兴的等离子体化工体系。我们知道，普通化学反应和化工设备中所产生的温度只有二千多度。而在各种形式的气体放电所形成的低温等离子体中电子温度可达一万度以上，足以造成各种化学键的断裂，或使气体分子激发电离，产生许多在通常条件下不能发生的化学反应，获得通常条件下不能得到的化合物或化工产品，并且获得的化合物与化工产品不会产生热分解。这势必会造就很多性能优良的新物质，其也将会有广泛的应用前景。 关键词：等离子体；喷涂；焊接；尾气处理；隐身技术

Plasma and its technical application ABSTRACT With the rapid development of plasma technology, and gradually formed a new plasma chemical system.We know, the common chemical reaction and chemical engineering equipments only produce two thousand degrees temperature.The temperatures that in low temperature plasma electronic produced by all forms of gas discharge up to ten thousand degrees or above,more enough to fracture all sorts of the chemical bonds, or make the gas molecule ionization, produce many chemical reactions that can't happened in usual conditions , get compound or chemical products that can't achieved in usual conditions , and the products won't occur thermal decomposition.It will produce a lot of new substances that performance excellent ,and have a broad application prospect. keywords:plasma；flame plating；soldering；tail gas treatment；invisible technology

等离子体技术在大气污染防治中的应用

等离子体技术在大气污染防治中的应用 等离子体技术在大气污染防治中的应用 发布时间:2010-09-19 08:51:48 1 等离子体概况 1.1 等离子体及等离子体技术的基本概念等离子体是由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非凝聚系统,整个体系呈电中性,具有与一般气体不同的性质, 容易受磁场、电场的影响它为化学反应提供必须的能量粒子和活性物种,在化学工业、 材料工业、电子工业、机械工业、国防工业、生物医学和环境保护等方面有着广泛的应用。它是物质存在的基本形态之一，与固态、液态、气态并列，成为物质第四态。 1.2 等离子体产生的机理及方法当气体分子以一定的方式在外部激励 源的电场被加速 获能时, 能量高于气体原子的电离电势时, 电子与原子间的 非弹性碰撞将导致电离而产生离子电子,当气体的电离率足够大

时,中性粒子的物理性质开始退居次要地位。整个系统受带电粒子的支配,此时电离的气体即为等离子体。等离子体发生器有以下两大类共计八种产生方法。 等离子包括放电等离子和化学等离子,放电等离子可分 为有电极和无电极两类。有电极有电弧放电、辉光放电、电晕放电 和无声放电。无电极有高频感应、微波放电和激波 放电。其中电弧放电、辉光放电和高频放电分直流和交流两种。电弧 直流放电有内极和外极之分。 1.3 等离子体的分类及特点应用按热力学状态不同和中性气体温度的 高低,等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体，按温度可将等 离子体划分为热力学平衡态等离子体和非热力学平衡态等离子体。当 电子温度(Te)与离子温度(Ti)、中性粒子温度(Tg)相等时，等离子体处于热力学平衡状态，称之为平衡态等离子体(Equilibrium Plasma) 。因为温度一般在5000K 以上，故而又称其为高温等离子体(Thermal Plasma) 。当Te>>Ti 时，称之为非平衡态等离子体(Non—thermal Equilibrium Plasma) 。其电子温度高达10 的四次方K 以上，而其离子和中性粒子的温度却低至300~500 K ，因此，整个体系的表观温度还是很低的，故又称之为低温等离子体(Cold Plasma), 而低温等离子体可分为热等离子体、冷等离子体和燃烧等离子体。热等 离子体为局域热力学平衡态等离子体,是由高强度直流电弧放电与高频感应耦合放电产生的,其特点是重粒子（原子、分子、离子）温度接近于电子温度;冷等离子体是非平衡等离子体,是由辉光放电、微波放电、电晕放电或无声放电产生的,其特点是电子温度远远高于重粒子温度;燃烧等离子体通过燃烧形成,其特点是电离度极

等离子技术的概念及应用

等离子的概念及其应用 （一）等离子的概念 如果温度不断升高，气体又会怎样变化呢？科学家告诉我们，这时构成分子的原子发生分裂，形成为独立的原子，如氮分子会分裂成两个氮原子，我们称这种过程为气体中分子的离解。如果再进一步升高温度，原子中的电子就会从原子中剥离出来，成为带正电荷的原子核和带负电荷的电子，这个过程称为原子的电离。当电离过程频繁发生，使电子和离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态。 （二）特点 （三）用途 等离子体的用途非常广泛。从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、医学、宇航、能源、天体等方面，它都有非常重要的应用价值。 （1）切割机 在工业上的应用有等离子切割机，等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5~6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。 (2)焊机 离子弧是离子气被电离产生高温离子气流，从喷嘴细孔中喷出，经压缩形成细长的弧柱，其温度可达1，高于常规的自由电弧，如：氩弧焊仅达5000-8000K。由于等离子弧具有弧柱细长，能量密度高的特点，因而在焊接领域有着广泛的应用。 等离子焊机具有以下明显特点： 1.高效高质量的等离子焊接工艺方法，利用等离子电弧良好的小孔穿透的能力，在保 证单面焊双面成型的同时，尽量提高焊接速度，是TIG焊接效率的5~7倍。 2.采用等离子与TIG复合焊，等离子打底，TIG盖面，可以更加有效提高焊接质量和 效率。TIG焊的自由电弧有良好的履盖能力，再配合上适量的填充金属重熔，达到正面成形美观的效果，是单枪等离子焊接效率的1.3-1.5倍。 3.主要针对薄壁3~10mm不锈钢板、钛合金板等材料容器的纵环缝焊接。 4.对于壁厚8mm以下不锈钢板、壁厚10mm以下钛合金板不开坡口可实现单面焊双面 成型。

等离子体表面处理技术

等离子体表面处理技术的原理及应用 前言：随着高科技产业的讯速发展，各种工艺对使用产品的技术要求越来越高。 等离子表面处理技术的出现，不仅改进了产品性能、提高了生产效率，更随着高科技产业的迅猛发展，各种工艺对使用产品的技术要求也越来越高。这种材料表面处理技术是目前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。正是这种广泛的应用领域和巨大的发展空间使等离子表面处理技术迅速在国外发达国家发展起来。 一、等离子体表面改性的原理 等离子，即物质的第四态，是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气状物质。它的能量范围比气态、液态、固态物质都高，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化学过程。其作用在物体表面可以实现物体的超洁净清洗、物体表面活化、蚀刻、精整以及等离子表面涂覆。 二、等离子体表面处理技术的应用 1、在工艺产业方面的应用 1）、在测量被处理材料的表面张力 表面张力测定是用来评估材料表面是否能够获得良好的油墨附着力或者粘接附着品质的重要手段。为了能够评估等离子处理是否有效的改善了表面状态，或者为了寻求最佳的等离子表面处理工艺参数，通常通过测量表面能的方式来测定表面，比如使用Plasmatreat 测试墨水。最主要的表面测定方式包括测试墨水，接触角测量以及动态测量 评价表面状态 低表面能, 低于28 mN/m良好的表面附着能力，高表面能 2）预处理–Openair? 等离子技术，对表面进行清洗、活化和涂层处理的高技术表面处理工艺 常压等离子处理是最有效的对表面进行清洗、活化和涂层的处理工艺之一，可以用于处理各种材料，包括塑料、金属或者玻璃等等。 使用Openair?等离子技术进行表面清洗，可以清除表面上的脱模剂和添加剂等，而其活化过程，则可以确保后续的粘接工艺和涂装工艺等的品质，对于涂层处理而言，则可以进一步改善复合物的表面特性。使用这种等离子技术，可以根据特定的工艺需求，高效地对材料进行表面预处理。

等离子体增强化学气相沉积法

PECVD PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD). 实验机理：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。 优点： 基本温度低；沉积速率快；成膜质量好，针孔较少，不易龟裂。 缺点如下： 1.设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高； 2.涂层过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害； 3.对小孔孔径内表面难以涂层等。 例子：在PECVD工艺中由于等离子体中高速运动的电子撞击到中性的反应气体分子，就会使中性反应气体分子变成碎片或处于激活的状态容易发生反应。衬底温度通常保持在350℃左右就可以得到良好的SiOx或SiNx薄膜，可以作为集成电路最后的钝化保护层，提高集成电路的可靠性。 几种PECVD装置 图（a）是一种最简单的电感耦合产生等离子体的PECVD装置，可以在实验室中使用。 图（b）它是一种平行板结构装置。衬底放在具有温控装置的下面平板上，压强通常保持在133Pa左右，射频电压加在上下平行板之间，于是在上下平板间就会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体。 图（c）是一种扩散炉内放置若干平行板、由电容式放电产生等离子体的PECVD装置。它的设计主要为了配合工厂生产的需要，增加炉产量。

2.2和2.3气体放电等离子体及其应用

电容耦合射频放电 为了维持直流辉光放电，电极必须是可导电的。如果其中一端或两端电极都不可导电，如当辉光放电用于绝缘材料的光谱化学分析或介质薄膜的沉积，此时电极表面附着绝缘材料，电极因正负电荷的积累而充电，辉光放电熄灭。为了解 决这个问题，可以在电极间加交流电压，这样，每个电极都可以充当阳极和阴极，在电压正半周期时积累的部分电荷将会在电压负半周期时被抵消。 通常，电压频率为射频范围（1kHz-310kHz ，常见频率为13.56MHz ）。严格的说，在其他电压频率时，也会产生电容耦合放电，所以称其为交流放电更合适。另外，频率应该很高，这样半个周期才会比绝缘体充满电的时间短。否则，电极将会相继呈相反极性，引起短暂放电，而不是持续放电。由计算可得，当所加电压频率大于100kHz 时，放电能持续。实际上，很多射频辉光放电过程产生于13.56MHz 。因为该频率是国际通信局规定的，其在传播一定能量的时候不会对通信产生干扰。 此时需要强调，所谓电容耦合，指的是将输入功率耦合为放电一种方式，也就是说，利用两个电极及其鞘层形成一个电容。后面会讲到，射频功率也可以利用其它方法耦合放电。 在典型射频频率下，电子和离子的行为完全不同，这可通过它们不同的质量解释。电子质量小，可以跟得上射频电压产生的时变电场的变化。实际上，电子的固有频率，或所谓的电子等离子体频率为：;02εe e pe m e n w = e pe n f 9000=（Hz ） （1） e n 用3-cm 表示。当电子密度从1010变化到 31310-cm 时，等离子体频率由9×810变化至3× 1010Hz ，比13.56MHz 大很多。如果电压频率小于 离子等离子体频率，离子可以跟得上鞘层内的电 场的变化。由于离子等离子体频率与质量呈反 比，电子可以跟的上典型射频时电场的变化，而 离子只能跟得上随时间均匀变化的电场。 电容耦合射频放电的另一个重要的方面是， 自给偏压现象，也是由电子和离子质量的不同引 起的。当两电极大小不同时，或当射频电源与电 极之间形成耦合电容时，或电极是绝缘的（因为可以把它当作电容），自给偏压也称直流偏压便会形成。当在由电极形成的电容上施加一方波（见图3）时，等离子体电压值将达到所加电压的值。当所加电压刚开始为正时，如图3，电子将加速向电极运动。因此，电容将通过电子电流迅速充电，等离子体电压下降。半个周期后，所加电压极性改变时，等离子体电压改变相同的数值（即施加电压幅值的2倍）。电容此时通过离子电流已充电完成，等离子体电压将下降，但比先前下降的少，因为离子的迁移率较低，导致离子流通量较小。又经过半个周期时，电压极性改变，同样等离子体电压极性也改变。此时，等离子体电压下降更快，因为电容因电子流又充满了电。此过程周而复始，直到电容最终充满足够的阴极电荷，此时电子和离子在一个射频周期内流量相同。最终在射频功率电极间形成一个随时间均匀变化的负直流偏压（图3中的虚线表示）。需要说明的是，该现象也会发生在地极中，但影响很小。图4为一典型的正弦电压，其频率为13.56MHz ，以及其所对应的直流偏压。

等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃(英文)

朱洪波等：矿渣粉、高钙灰及其改性材料对水泥早期水化进程的影响· 531 ·第36卷第4期 等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃 宋学富1，孙元成2，钟海2，王宏杰2，顾真安2 (1. 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001；2. 中国建筑材料科学研究总院，北京 100024) 摘要：用高频等离子体作为热源，采用化学气相沉积法合成了石英玻璃样品。实验分别使用O2和空气作为等离子体电离气体和冷却保护气体，改变等离子体电离工作气体种类时，等离子体火焰长度和石英玻璃沉积温度变化较大，而灯具冷却保护气体的改变对等离子火焰长度和石英玻璃沉积温度的影响不大。当等离子体电离气体和灯具保护气体均为O2时，等离子体火焰长度为12cm，石英基体温度为1300℃，当等离子体电离气体和灯具保护气体均为空气时，等离子体火焰长度可达24cm，石英基体温度升高到1840℃，可确保气相沉积过程进行，合成的石英玻璃在波长190nm处光透过率达84%，羟基含量3.5×10–6，可达到全光谱透过的要求。 关键词：等离子火焰；化学气相沉积；石英玻璃 中图分类号：TQ171；O643 文献标识码：A 文章编号：0454–5648(2008)04–0531–04 SYNTHESIS OF SILICA GLASS BY PLASMA CHEMICAL V APOR DEPOSITION METHOD SONG Xuefu1，SUN Yuancheng2，ZHONG Hai2，WANG Hongjie2，GU Zhen’an2 (1. School of Material Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001; 2. China Building Materials Academy, Beijing 100024, China) Abstract: Silica glass was synthesized by plasma chemical vapor deposition method, which uses inductively coupled plasma as the heat source. Air and oxygen were separately used as ionized gas and protecting gas. The influence of ionized gases on the length of plasma flame and the temperature of substrate is more significant than that of the protecting gases. A length of 24cm plasma flame and a deposition temperature of 1300℃were obtained when oxygen was used as both ionized gases and protecting gases, but in the case of air, the length of plasma flame was 24cm and the deposition temperature was 1840℃. Both of the longer plasma flame and the higher deposition temperature offered a good condition to deposit high quality silica glass. The silica glass has 84% transmittance at a wavelength of 190nm and 3.5 10–6 of the hydroxyl group, which is the glass of full-spectrum transmittance. Key words: plasma flame; chemical vapor deposition; silica glass Silica glass has the low thermal expansion coefficient, low conductivity, good thermal shock resistance, corro-sion resistance and excellent spectrum transmittance, because of the high bond energy and compactness of the network structure. Thus it has become the fundamental material of the high-tech field and has been widely used in optics, photoelectrons and dielectric materials.[1–2] Higher properties of silica glass are required with the development of space technology, and the silica glass prepared by common chemical vapor deposition (CVD) method does not meet these requirements, because it contains a large quantity of hydroxy groups. Recently, the plasma chemical vapor deposition (PCVD) method has been widely used to prepare optical fiber, nanomaterials and thin films, and in heat treatment of materials.[3–4] The cleanliness of its heat source ensures the purity of materials and avoids secondary pollutant. In this paper, silica glass was synthesized by PCVD. 1 Experimental procedure A high frequency current was obtained by a modified 收稿日期：2007–10–01。修改稿收到日期：2008–01–30。第一作者：宋学富(1978—)，男，博士研究生。 通讯作者：顾真安(1936—)，男，中国工程院院士。Received date:2007–10–01. Approved date: 2008–01–30. First author: SONG Xuefu (1978–), male, postgraduate student for doctor degree. E-mail: songxuefu@https://www.wendangku.net/doc/dd5495133.html, Correspondent author: GU Zhen’an (1936–), male, academician of the Chinese Academy of Engineering. E-mail: guzha@https://www.wendangku.net/doc/dd5495133.html, 第36卷第4期2008年4月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 36，No. 4 April，2008

等离子体及其技术应用

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

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)综述知识交流

等离子体增强化学气相沉积(P E C V D)综述

等离子体增强化学气相沉积（PECVD）综述 摘要：本文综述了现今利用等离子体技术增强化学气相沉积（CVD）制备薄膜的原理、工艺设备现状和发展。 关键词：等离子体；化学气相沉积；薄膜； 一、等离子体概论——基本概念、性质和产生 物质存在的状态都是与一定数值的结合能相对应。通常把固态称为第一态，当分子的平均动能超过分子在晶体中的结合能时，晶体结构就被破坏而转化成液体(第二态)或直接转化为气体(第三态)；当液体中分子平均动能超过范德华力键结合能时，第二态就转化为第三态；气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种集合体形态，从而形成了物质第四态——等离子体。 只要绝对温度不为零，任何气体中总存在有少量的分子和原子电离，并非任何的电离气体都是等离子体。严格地说，只有当带电粒子密度足够大，能够达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著的影响，换言之，这样密度的电离气体才能够转变成等离子体。此外，等离子体的存在还有空间和时间限度，如果电离气体的空间尺度L下限不满足等离子体存在的L>>l D（德拜长度l D）的条件，或者电离气体的存在的时间下限不满足t>>t p（等离子体的振荡周期t p）条件，这样的电离气体都不能算作等离子体。

在组成上等离子体是带电粒子和中性粒子（原子、分子、微粒等）的集合 体，是一种导电流体，等离子体的运动会受到电磁场的影响和支配。其性质宏观上呈现准中性（quasineutrality ），即其正负粒子数目基本相当，系统宏观呈中性，但是在小尺度上则体现电磁性；其次，具有集体效应，即等离子体中的带电粒子之间存在库仑力。体内运动的粒子产生磁场，会对系统内的其他粒子产生影响。 描述等离子体的参量有粒子数密度n 和温度T 。 通常用n e 、n i 和n g 来表示等离子体内的电子密度、粒子密度和中性粒子密度。当n e ＝n i 时，可用n 来表示二者中任一带电粒子的密度，简称等离子体密度。但等离子体中一般含有不同价态的离子，也可能含有不同种类的中性粒子，因此电子密度与粒子密度不一定总是相等。对于主要是一阶电离和含有同一类中性粒子的等离子体，可以认为n e ≈ n i ，对此，定义：a =n e /( n e + n g )为电离度。在热力学平衡条件下，电离度仅取决于粒子种类、粒子密度及温度。用T e 、T i 和T g 来表示等离子体的电子温度、离子温度和中性粒子温度，考虑到“热容”，等离子体的宏观温度取决于重粒子的温度。在热力学平衡态下，粒子能量服从麦克斯韦分布，单个粒子平均平动能KE 与热平衡温度T 关系为： 21322 kT KE mv == 等离子体的分类按照存在分为天然和人工等离子体。按照电离度a 分为： a<<0.1称为弱电离等离子体，当a ＞ 0.1时，称为为强电离等离子体；a ＝1 时，则叫完全等离子体。按照粒子密度划分为致密等离子体n ＞1518310cm -，若ｎ＜1214310cm -为稀薄等离子体。按照热力学平衡划分为完全热力学平衡等离子体，即

等离子体加工技术

等离子体加工技术 摘要 随着科学技术的不断发展，工业需求的不断提高，各种高新设备应运而生，然而要加工这些设备就要使用更先进的加工技术。而等离子体加工技术就是一种不断发展的新型加工技术。本文简要介绍了工业用等离子体的分类及等离子体加工技术涉及的科学工程问题。围绕材料添加与去除加工，讨论了等离子体喷涂、增强沉积、离子去除等若干典型加工工艺的技术发展和应用情况，并对一些工艺中出现的现象以及某待深入研究的潜在科学问题进行了举例说明。 关键词：等离些有子体；加工；等离子体喷涂；等离子体聚合 Abstract With the continuous development of science and technology,increasing industrial demand,a variety of high-tech equipment came into being,however, to the processing of these devices is necessary to use more advanced processing technology.The plasma processing technology is a continuous development of new processing technology.This article briefly describes the classification of industrial plasma and plasma processing technology involved in scientific engineering problems.Adding and removing surrounding material processing,Discusses the plasma spraying, enhanced deposition, ion removal, etc. Several typical processing technology development and application,And some of the processes the phenomenon appears to be in-depth study as well as some of the potential scientific issues illustrate. Key words: Plasma；Machining；Plasma spraying；Plasma polymerization 引言 随着科学与工程技术的迅速发展，对新材料、新结构、新工艺的要求日益迫切。人们不仅要对材料的表面性能进行改进，而且还要了解元素（原子）的相互作用，新相的形成，亚稳态、非晶态的形成等机制；对一些结构器件的要求已达到了μm、nm 量级。在实现这些要求的过程中，作为特种加工手段之一的等离子体加工工艺的应用越来越广泛，实际上，等离子体之所以成为现代制造技术的重要手段之一，是由其能量状态决定的。物体由固体到等离子体态的转化过程中，都伴随有足够能量的输入。所以作为一种物质形态的等离子体具有最高的能量状态，为现代材料加工提供了巨大潜力。