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(dòng)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(gè)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(shí)會(huì)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度超過氣體的電離場(chǎng)強(qiáng)，使氣體發(fā)生電離和激勵(lì)，因而出現(xiàn)電暈放電。發(fā)生電暈時(shí)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(duì)穩(wěn)定的放電形式，也可以是不均勻電場(chǎng)間隙擊穿過程中的早期發(fā)展階段。
電暈放電的形成機(jī)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(shí)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(chǎng)繼續(xù)加強(qiáng)時(shí)，正離子被吸進(jìn)電極，此時(shí)出現(xiàn)一脈沖電暈電流，負(fù)離子則擴(kuò)散到間隙空間。此后又重復(fù)開始下一個(gè)電離及帶電粒子運(yùn)動(dòng)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(chǎng)。一般在高壓和強(qiáng)電場(chǎng)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(duì)稱(asymmetric)的電極形式（如下圖所示）。電暈放電反應(yīng)器的設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎng)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(jìn)海洋中有機(jī)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(duì)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。