技術(shù)資料

低溫等離子體介紹3

低溫等離子體的產(chǎn)生方法

輝光放電電暈放電介質(zhì)阻擋放電射頻放電滑動電弧放電射流放電大氣壓輝光放電次大氣壓輝光放電

輝光放電(Glow Discharge)

輝光放電屬于低氣壓放電(low pressure discharge)，工作壓力一般都低于10mbar，其構(gòu)造是在封閉的容器內(nèi)放置兩個平行的電極板，利用電子將中性原子和分子激發(fā)，當(dāng)粒子由激發(fā)態(tài)(excited state)降回至基態(tài)(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。每種氣體都有其典型的輝光放電顏色(如下表所示)，熒光燈的發(fā)光即為輝光放電。因此，實驗時若發(fā)現(xiàn)等離子的顏色有誤，通常代表氣體的純度有問題，一般為漏氣所至。輝光放電是化學(xué)等離子體實驗的重要工具，但因其受低氣壓的限制，工業(yè)應(yīng)用難于連續(xù)化生產(chǎn)且應(yīng)用成本高昂，而無法廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造中。目前的應(yīng)用范圍僅局限于實驗室、燈光照明產(chǎn)品和半導(dǎo)體工業(yè)等。(To top)

部分氣體輝光放電的顏色

Gas

Cathode Layer

Negative Glow

Positive Column

Ne(neon)

Air

red

yellow

pink

red-brown

pink

red

pink

orange

dark-blue

green

orange-green

thin-blue

blue

yellow-white

blue

Red-pink

red-brown

dark-red

blue-purple

white-green

pink

red-yellow

電暈放電(Corona Discharge)

氣體介質(zhì)在不均勻電場中的局部自持放電。是最常見的一種氣體放電形式。在曲率半徑很大的尖端電極附近，由于局部電場強度超過氣體的電離場強，使氣體發(fā)生電離和激勵，因而出現(xiàn)電暈放電。發(fā)生電暈時在電極周圍可以看到光亮，并伴有咝咝聲。電暈放電可以是相對穩(wěn)定的放電形式，也可以是不均勻電場間隙擊穿過程中的早期發(fā)展階段。
電暈放電的形成機制因尖端電極的極性不同而有區(qū)別，這主要是由于電暈放電時空間電荷的積累和分布狀況不同所造成的。在直流電壓作用下，負(fù)極性電暈或正極性電暈均在尖端電極附近聚集起空間電荷。在負(fù)極性電暈中，當(dāng)電子引起碰撞電離后，電子被驅(qū)往遠(yuǎn)離尖端電極的空間,并形成負(fù)離子,在靠近電極表面則聚集起正離子。電場繼續(xù)加強時，正離子被吸進電極，此時出現(xiàn)一脈沖電暈電流，負(fù)離子則擴散到間隙空間。此后又重復(fù)開始下一個電離及帶電粒子運動過程。如此循環(huán)，以致出現(xiàn)許多脈沖形式的電暈電流，電暈放電可以在大氣壓下工作，但需要足夠高的電壓以增加電暈部位的電場。一般在高壓和強電場的工作條件下，不容易獲得穩(wěn)定的電暈放電，亦容易產(chǎn)生局部的電弧放電(arc)。為提高穩(wěn)定性可將反應(yīng)器做成非對稱(asymmetric)的電極形式（如下圖所示）。電暈放電反應(yīng)器的設(shè)計主要參考電源的性質(zhì)而有所不同，有直流電暈放電(DC corona)和脈沖式(pulsed corona)電暈放電。利用電暈放電可以進行靜電除塵、污水處理、空氣凈化等。地面上的樹木等尖端物體在大地電場作用下的電暈放電是參與大氣電平衡的重要環(huán)節(jié)。海洋表面濺射水滴上出現(xiàn)的電暈放電可促進海洋中有機物的生成，還可能是地球遠(yuǎn)古大氣中生物前合成氨基酸的有效放電形式之一。針對不同應(yīng)用目的研究，電暈放電是具有重要意義的技術(shù)課題。