《低温等离子体技术简介》课件.ppt
低温等离子体技术简介等离子体：物质的第四态，在现代科技中具有广泛应用
目录等离子体基础知识定义、分类、特征产生方法气体放电技术诊断技术测量与分析方法应用领域材料、环境、医学等优势与挑战
第一部分：等离子体基础知识1固态分子紧密排列，形状固定2液态分子间距增大，可流动3气态分子自由运动，填充容器4等离子态
什么是等离子体？物质的第四态固态、液态、气态之后的状态宇宙中99%物质处于等离子态带电粒子混合物电子、离子、中性粒子共存
等离子体的分类高温等离子体温度可达数百万度太阳内部、核聚变装置完全电离，热平衡状态低温等离子体温度通常低于10,000K工业应用广泛
低温等离子体的定义非平衡状态各种粒子温度不同电子温度高可达10,000-100,000K气体温度低
低温等离子体的特征高活性含有大量活性粒子低温气体温度接近环境温度非平衡性电子能量远高于重粒子
低温等离子体中的活性粒子电子携带负电荷能量高，质量小1离子带正或负电荷质量大，能量低2自由基不带电但高活性如OH·、O·等3激发态分子具有额外能量能够发光、反应4
第二部分：低温等离子体的产生方法提供能量电场、磁场、热能等气体电离分子分解为电子和离子放电维持形成稳定等离子体
气体放电法概述90%应用比例气体放电是最常用方法1kV-20kV电压范围常见放电电压数百种工作气体氩、氦、氮、氧等
直流辉光放电直流电源恒定电场提供能量负辉区主要放电区域应用广泛镀膜、表面处理
射频放电原理13.56MHz高频电场电子在振荡电场加速可在低压下稳定放电应用领域半导体制造薄膜沉积等离子体增强化学气相沉积
微波放电原理2.45GHz微波提供能量高能量密度产生高密度等离子体无电极无电极污染，寿命长应用化学合成、材料改性
介质阻挡放电
电晕放电高压尖端电场强度高局部电离针尖周围形成等离子体工业应用表面处理、静电除尘
其他放电方式滑动弧放电电弧沿电极滑动，适合气体处理微空心阴极放电高电子密度，适合材料处理脉冲放电高瞬时功率，能耗低
第三部分：低温等离子体的诊断技术测量获取等离子体参数分析处理实验数据优化调整工艺参数验证确认等离子体性质
诊断技术的重要性过程控制精确调节放电参数保证等离子体稳定性性能优化提高处理效率降低能源消耗理论研究验证物理模型探索新现象
光谱诊断发射光谱检测激发态粒子识别等离子体组分无干扰测量吸收光谱测量基态粒子浓度激光吸收、红外吸收高灵敏度
探针测量电压(V)电流(mA)
质谱分析1取样从等离子体中提取粒子2电离中性粒子转变为带电离子3分离根据质荷比分离离子4检测记录各种离子信号强度
激光诊断技术激光诱导荧光高灵敏度粒子检测激光散射测量电子密度和温度激光诱导击穿光谱元素组成快速分析
第四部分：低温等离子体的应用领域材料处理表面改性、薄膜沉积1环境保护废气处理、水净化生物医学灭菌、伤口治疗农业食品种子处理、食品保鲜纺织工业纤维改性、功能纺织品电子工业刻蚀、表面清洗
材料处理表面改性改变材料表面特性不影响材料本体性质处理深度纳米至微米级薄膜沉积形成纳米至微米厚度涂层赋予材料新功能工艺清洁、控制精确
表面改性应用详解处理前处理后
薄膜沉积应用详解前驱体活化气态分子在等离子体中分解表面吸附活性粒子沉积到基材表面薄膜生长原子逐层堆积形成涂层
环境保护废气处理分解有害气体污染物无二次污染能耗低，效率高水处理降解水中有机污染物杀灭细菌病毒无化学添加剂土壤修复分解土壤中有机污染物重金属固定原位处理
废气处理应用95%VOCs去除率苯、甲苯等有机物90%NOx转化率转化为氮气和氧气99%异味去除厨房、工业异味
水处理应用产生活性物质OH·、O·、H2O2等氧化降解污染物分解有机物，灭活微生物沉淀过滤去除降解产物水质达标出水符合排放标准
生物医学灭菌消毒杀灭各类微生物伤口治疗促进愈合，杀菌止血牙科应用根管治疗，美白癌症治疗选择性杀伤癌细胞
医疗器械灭菌详解等离子体环氧乙烷高温蒸汽辐射其他
伤口愈合应用消毒杀菌灭活细菌病毒促进血液循环增加创面氧供应刺激细胞再生促进细胞增殖加速愈合缩短愈合时间
农业和食品种子处理提高发芽率增强植物抗病性促进生长发育食品保鲜杀灭微生物延长保质期保持食品品质
种子处理应用未处理等离子体处理
食品保鲜应用
纺织工业疏水处理制备防水、防油纺织品亲水处理提高吸湿性和染色性抗菌处理医用纺织品、运动服装阻燃处理提高纺织品阻燃性能
能源转化温室气体CO2、CH4等等离子体活化分子键断裂重组反应形成新分子有用产物合成气、含氧化合物
航空航天流动控制减阻增升，提高飞行效率空间推进卫星姿态控制，轨道转移热防护飞行器再入大气层保护
电子工业等离子体刻蚀半导体制造核心工艺纳米级精度图形转移各向异性刻蚀表面清洗去除有机污染物不损伤基底无湿化学废液
第五部分：低温等离子体技术的优势高效率处理速度快，效果好环