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低压等离子体和常压等离子体

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等离子体(Plasma)是区别于固态、液态以及气态之外的另一种物质存在形式,称之为物质的第四态。主要由带电的正粒子、负粒子(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,其中正离子和负离子(电子)的数目相等,因此,又被称为等离子体。

等离子体广泛存在于宇宙当中,99%以上的物质都是以等离子状态存在,由于等离子体区别于固液气三态的独特性质(如电磁性质),因此被称为物质的第四态。等离子体可以依据电子能量状态、气体温度和离子密度的不同,而被分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体通常指核聚变等离子体,其等离子体密度很大,实验室难以产生;低温等离子体又可分为平衡等离子体和非平衡等离子体,平衡等离子体中电子温度和气体温度几乎相同(几十eV),一般压力在大气压以上,温度在2000K—50000K体系处于平衡状态因而被称之为平衡等离子体;非平衡等离子体电子温度远高于气体温度(室温左右),体系出于非平衡状态,因此被称为非平衡等离子体。

低温等离子体的分类

依据低温等离子体工作气体气压不同,又可将其分为低压等离子体和常压等离子体。低压等离子体在真空状态下产生,而常压等离子体在大气压下产生。

低压等离子体

依照放电方式分类,低压等离子体可分为直流辉光放电(DC)等离子体和射频辉光放电(RF)等离子体。低压的气体受到较高电压激发,管内电子在电场作用下和中性粒子发生碰撞而电离产生的放电现象即为辉光放电现象,由此产生的等离子体为辉光放电等离子体。辉光放电等离子体的电压较高,但是电流较低。直流辉光放电等离子体电源为直流电源,而射频辉光放电等离子体的电源为高频交流电源。相比于辉光放电等离子体,射频辉光放电等离子体具有更高的工作气压及更低的电压。

常压等离子体

相比于低压等离子体,常压等离子体具有更低的分子自由程,因此活性组分分子碰撞更为频繁,常压等离子体的温度略高于低压等离子体温度。常压等离子体主要包括介质阻挡放电(DBD)等离子体和冷等离子体射流。由于介质阻挡放电电极之间有绝缘电介质,所以需要交流电源。当极板间电势足够大时,气体被击穿形成等离子体,绝缘电介质使得等离子体分布均匀。冷等离子体射流是在开放式的极板间通高频交流电流产生等离子体,并通过高速流动的工作气体,将等离子体吹入工作区域。

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