低溫等離子體（tǐ）及其應用介紹

低溫等離（lí）子（zǐ）體技術

等（děng）離子體通常被簡單定義為（wéi）部分電離的氣體，它由激發態的原子和分子、正負離子、自由基、電子、光子等 組成，整體表現出電中性（xìng）。等離子體一般（bān）分為平衡態等離子體（tǐ）和非平衡態等離（lí）子體。平衡態等離子體也稱為熱等離子體，它的特點是內部所有的粒子，都（dōu）達（dá）到了熱平衡的狀態（tài）。實際上，要使電子（zǐ）和離子以及原子達到熱平衡，必須具有非常高的壓力和溫度。熱等離子體的典型事例是恒星。顯然，熱等離子體是不適（shì）宜用來處理材料的，因為地球上沒有哪種材料能夠耐受熱等離子體的溫度。與熱等離子體相比，低（dī）溫等離子體的溫度僅在室（shì）溫程度或者稍高，電子（zǐ）具有比離子和原子更高的溫度，一 般能夠達到 0.1~10 個電子伏。而且由（yóu）於氣體的（de）壓（yā）力低， 電子與離子之（zhī）間的碰（pèng）撞很少，因而不能達到熱（rè）力學平 衡。由於低溫等離子體的（de）溫度在室溫範圍，因而可以在材料（liào）領（lǐng）域內獲得應用（yòng）。

低溫等離子體通常（cháng）通過氣（qì）體放電的形式獲得。根據放電形式的不同（tóng），低溫等離子體可以分為下述幾種：

輝光放電(GlowDischarge)   

輝光放電屬於低氣壓放電(low pressure discharge)，工作壓力一般都低於10mbar，其構造是在封閉的容器內放置兩個（gè）平行的電極板（bǎn），利用電子將中性原子和分子激發，當粒子由激發態(excited state)降回至基態(ground state)時會以光的形式釋放出能量。電源可以為直流電源也可以是交流電源。每種（zhǒng）氣體都有其典型的（de）輝光（guāng）放電顏色(如下表所示)，熒光燈（dēng）的（de）發光即為輝（huī）光放電。因此，實驗時若發現等離子的顏（yán）色有（yǒu）誤，通常代表氣體的純度有問題，一般（bān）為漏氣所（suǒ）至。輝光放電是化學等離子體實驗的重要工具，但因（yīn）其受低氣壓的限製，工業應用難於連續化生產（chǎn）且應用成本高昂，而無（wú）法廣泛應用於工業製造中。到2013年（nián）止的應用範圍僅（jǐn）局限於實驗室、燈光照明產品和半導體工業等（děng）  。

電暈放電(CoronaDischarge)

氣體介質在不均勻電場中的局（jú）部自持放電。是最常見的一種氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由於局部電場強度（dù）超過氣（qì）體的電離場（chǎng）強，使氣體（tǐ）發生電離和激勵，因而出現電暈放電（diàn）。發生電暈時在電極周圍可以（yǐ）看到光亮，並伴（bàn）有噝噝聲。電暈放電可以是相對穩定的放電形式，也可以是不均（jun1）勻電場間（jiān）隙擊穿過程中的早期發展階段 。  

介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)

介質阻擋放電(DBD)是有絕緣（yuán）介質插（chā）入放電空間的一種非平（píng）衡態氣體放電又稱介質阻擋電暈放電（diàn）或無（wú）聲（shēng）放電。介質阻擋放電能夠在高氣壓（yā）和很寬的頻率範圍內工作，通常的工作氣壓為10～10。電源頻率可從50Hz至1MHz。電極結構的設計形式多種多樣。在兩個（gè）放電電極之間充滿某種工作氣體,並將其中一個或兩個電極用絕緣介質覆（fù）蓋,也可以將介質直接懸掛在放電（diàn）空間或采用顆粒狀的介質填充其中，當兩電極間施加足夠高的交流電壓時，電極間的氣體會（huì）被擊穿而產生放電，即產生了介質阻（zǔ）擋放電。在實際應用中，管線式的電極結構被廣泛的應用於各種化學反應器中，而平板式電極結構則被廣泛的應用（yòng）於工業中的高分子和金屬薄（báo）膜及板材的改性（xìng）、接枝、表麵張力的（de）提高、清洗和親水改性中 。

低溫等（děng）離子體殺菌消毒技術的應用

低溫等離子體消毒技術的優（yōu）勢非常突出，基本集中（zhōng）了（le）其他多種殺菌（jun1）消毒技術的（de）各種優勢，比（bǐ）如該技術和幹熱滅菌、高壓蒸汽滅菌（jun1）相比（bǐ）而言，消毒滅菌的時間消耗更短。和化學滅菌方法相較而言，具有低溫的優勢，可以在多種物品、材料中應用。尤其是將電源切斷後，各種活性粒子可以快（kuài）速消（xiāo）失，隻有數豪（háo）秒鍾時（shí）間，並不需要特意通風，對操作人員也不會造成任何傷害，因此更加安全可靠，值得廣泛推廣。

低溫等離（lí）子體的（de）電離率較低，電子（zǐ）溫度遠高於離子溫度，離子溫度甚至可與室溫相（xiàng）當（dāng）。所以低溫等離子體是（shì）非熱平衡等離子體。低溫等離子體中存在著（zhe）大（dà）量的、種類繁多的活性粒子，比通常的化學反（fǎn）應所產生的活性粒子（zǐ）種（zhǒng）類（lèi）更多、活性（xìng）更強，更易於和所接觸的材料表麵發生反應，因此它們被用來（lái）對材料（liào）表麵進行改性處理。