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氣體放電等離子體


氣體放電等離子體概念
氣體放電是產(chǎn)生低溫等離子體的有效途徑。氣體放電是一種放電現(xiàn)象，干燥的氣體本身是一種較好的絕緣體，把自由帶電粒子放入空氣中，就可以讓它變成導(dǎo)體。在帶有帶電粒子的氣體中放置兩個(gè)電極并通入電壓，電流會(huì)通過(guò)氣體，產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象。

等離子體最早是由英國(guó)物理學(xué)家Crookes發(fā)現(xiàn)的，他發(fā)現(xiàn)這種物體中包含有帶正負(fù)電荷的帶電粒子，是與常見(jiàn)的三種物質(zhì)形態(tài)（固、液、氣）不同的第四種物質(zhì)形態(tài)。等離子體具有粒子動(dòng)能大，溫度高等一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì)可以被應(yīng)用在諸多領(lǐng)域。

氣體放電等離子體的分類
等離子體的分類方式有很多種，按照存在的狀態(tài)分類，可以將其分類為天然存在的等離子體與人工生成的等離子體。天然存在的等離子體是自然界與宇宙中自發(fā)產(chǎn)生并存在的。人工生成的等離子體是人們通過(guò)施加一些能量激發(fā)電離物質(zhì)產(chǎn)生。按照氣體的電離度分類，可以將其分類為低溫等離子體和高溫等離子體。低溫等離子體指的是電離度小于1%，熱力學(xué)溫度在102～105K的等離子體。高溫等離子體指的是電離度大于等于1%，熱力學(xué)溫度在106～108K的等離子體。按照熱力學(xué)的平衡情況分類，可以將其分類為完全熱平衡等離子體、局部熱平衡等離子體和非熱平衡等離子體。高溫等離子體為完全熱平衡等離子體，它指等離子體內(nèi)電子、離子和粒子溫度完全一致的等離子體。熱等離子體是局部熱平衡等離子體，它指等離子體內(nèi)電子、離子和粒子溫度局部一致的等離子體。冷等離子體是非熱平衡等離子體，它指等離子體內(nèi)電子溫度比離子和粒子溫度高。

等離子體氣體放電方式
氣體的放電形式有很多種，大致可以分成自持放電和非自持放電。氣體擊穿是非自持放電向自持放電的一個(gè)過(guò)程。等離子體主要是通過(guò)氣體放電產(chǎn)生的。微波放電、輝光放電、電弧放電、電暈放電和介質(zhì)阻擋放電等是人工產(chǎn)生放電等離子體的常見(jiàn)氣體放電方式。

（1）微波放電
微波放電是一種在微波諧振腔內(nèi)發(fā)生的氣體放電，它受到微波激勵(lì)源的激勵(lì)，通過(guò)傳輸線和波導(dǎo)傳輸微波能量。跟其它的氣體放電類型相比，微波放電具有粒子密度高、無(wú)電極污染和能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)。

（2）輝光放電
輝光放電，它是一種穩(wěn)態(tài)的自持放電，它有亞輝光放電、反輝光放電和正常的輝光放電三種類型。其中正常輝光放電有陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、正柱區(qū)、負(fù)輝區(qū)和法拉第暗區(qū)等五個(gè)放電氣隙區(qū)域。輝光放電的用途很廣泛，霓虹燈、原子光譜燈的制造都用到了輝光放電的原理。它還可以被應(yīng)用到薄膜濺射沉積、等離子體刻蝕和等離子體化學(xué)氣相沉積等加工過(guò)程。

（3）電弧放電
電弧放電，它也是一種自持放電，相較于輝光放電，它的放電反應(yīng)最強(qiáng)烈。電弧放電產(chǎn)生的等離子體是熱等離子體，在反應(yīng)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生高溫。電源會(huì)提供一個(gè)較大功率的電能，電弧的電極間電壓是幾十伏，在兩極間氣體或金屬蒸汽中連續(xù)通入幾安至幾十安的較強(qiáng)電流，而且會(huì)伴有強(qiáng)烈的光輝產(chǎn)生。電弧放電的應(yīng)用十分廣泛，它可以被用來(lái)制造高光效的照明光源，也可用于對(duì)難熔金屬的切割和噴涂。

（4）電暈放電
電暈放電是指氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電，是最常見(jiàn)的一種氣體放電形式。電暈放電是能在大氣壓下產(chǎn)生非熱平衡等離子體，可以被應(yīng)用到半導(dǎo)體測(cè)量、靜電除塵和廢水處理等方面。

（5）介質(zhì)阻擋放電
介質(zhì)阻擋放電是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電方式，在低氣壓和高氣壓下都可以產(chǎn)生相對(duì)均勻和穩(wěn)定的等離子體。它的應(yīng)用方向有等離子體材料表面改性、臭氧發(fā)生器、處理VOCs和污染控制等。大氣壓介質(zhì)阻擋放電操作簡(jiǎn)便，可以產(chǎn)生各種活性粒子，近幾年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。
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