低温等离子体的产生方法
低温等离子体的产生方法
辉光放电电晕放电介质阻挡放电射频放电滑动电弧放电射流放电大气压辉光放电次大气压辉光放电
辉光放电(Glow Discharge)
辉光放电属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。电源可以为直流电源也可以是交流电源。每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示)，荧光灯的发光即为辉光放电。因此，实验时若发现等离子的颜色有误，通常代表气体的纯度有问题，一般为漏气所至。辉光放电是化学等离子体实验的重要工具，但因其受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，而无法广泛应用于工业制造中。目前的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等。
部分气体辉光放电的颜色
次大气压下辉光放电(HAPGD)产生低温等离子体
由于大气压辉光放电技术目前虽有报道但技术还不成熟，没有见到可用于工业生产的设备。而次大气压辉光放电技术则已经成熟并被应用于工业化的生产中。次大气压辉光放电可以处理各种材料，成本低、处理的时间短、加入各种气体的气氛含量高、功率密度大、处理效率高。可应用于表面聚合、表面接枝、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成及各种粉、粒、片材料的表面改性和纺织品的表面处理。次大气压下辉光放电的视觉特征呈现均匀的雾状放电；放电时电极两端的电压低而功率密度大；处理纺织品和碳纤维等材料时不会出现击穿和燃烧并且处理温度接近室温。次大气压辉光放电技术目前可用于低温材料、生物材料、异型材料的表面亲水处理和表面接枝、表面聚合、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成等工艺。由于是在次大气压条件下的辉光放电，处理环境的气氛浓度高，电子和
离子的能量可达10eV以上。材料批处理的效率要高于低气压辉光放电10倍以上。可处理金属、非金属、（碳）纤维、金属纤维、微粒、粉末等。
低温等离子体的应用领域
低温等离子体物理与技术经历了一个由60年代初的空间等离子体研究向80年代和90年代以材料为导向研究领域的大转变，高速发展的微电子科学、环境科学、能源与材料科学等，为低温等离子体科学发展带来了新的机遇和挑战。
现在,低温等离子体物理与应用已经是一个具有全球影响的重要的科学与工程，对高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。例如，1995年全球微电子工业的销售额达1400亿美元，而三分之一微电子器件设备采用等离子体技术。塑料包装材料百分之九十都要经过低温等离子体的表面处理和改性。科学家预测：二十一世纪低温等离子体科学与技术将会产生突破。据估计，低温等离子体技术在半导体工业、聚合物薄膜、材料防腐蚀、等离子体电子学、等离子体合成、等离子体冶金、等离子体煤化工、等离子体三废处理等领域的潜在市场每年将达一千几百亿美元。
等离子体辅助加工被用来制造特种优良性能的新材料、研制新的化学物质和化学过程，加工、改造和精制材料及其表面，具有极其广泛的工业应用--从薄膜沉积、等离子体聚合、微电路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等离子体喷涂、等离子体冶金、等离子体化工、微波源。等离子体辅助加工已开辟的和潜在的应用领域包括：
●半导体集成电路及其它微电子设备的制造
●工具、模具及工程金属的硬化
●药品的生物相溶性包装材料的制备
●表面防蚀及其它薄层的沉积
●特殊陶瓷（包括超导材料）
●新的化学物质及材料的制造
●金属的提炼
●聚合物薄膜的印刷和制备
●有害废物的处理
●焊接
●磁记录材料和光学波导材料
●精细加工
●照明及显示
●电子电路及等离子体二极管开关
●等离子体化工(氢等离子体裂解煤制乙炔、等离子体煤气化、等离子体裂解重烃、等离子体制炭黑、等离子体制电石等)
对上述某些部分领域的目前潜在市场估计：
●半导体工业约为260亿美元
●等离子体电子学约为400亿美元
●工具及模具硬化约为20亿美元
●作记录和医用聚合物薄膜领域约为几十亿美元的市场
对一些新的有活力的市场估计：
●金属腐蚀防护约为500亿美元
●优质陶瓷约为50亿美元
● 在废物处理、金属提练、包装材料及制药业中的应用约为几十亿美元市场。
低温等离子体物理与应用是一个具有全球性影响的重要的科学与工程，对全世界的高科技工业发展及许多传统工业的改造都有着直接的影响，二十一世纪初等离子体辅助加工会产生重要的突破，而这些突破对高科技产业的保护及提高其在市场中的地位将是极为重要的，例如近十年来，低温等离子体的物理研究和技术应用在很多方面有了突破性的进展，最有代表性的是微电子工业等离子体的应用。1995年的微电子工业的全球销售额已达1400亿美元，其中三分之一的微电子器件的设备是采取等离子体技术。以"奔腾"芯片为代表的半导体微处理器的复杂生产过程中，三分之一是与等离子体有关的。现代塑料包装产品中的印刷、复合、涂布等工艺百分之九十都依赖低温等离子体的处理。
等离子原理说明修订稿
等离子原理说明 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
低温等离子体技术简介 低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。 低温等离子体的产生途径很多，低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为双介质阻挡放电 (Dielectric Barrier Discharge，简称DBD)，该技术性能先进，运行稳定，获得广泛客户的认可。 装置示意图如图3-1所示。 介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1～10105Pa的气压下进行，具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之
间，防止火花放电。介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。 介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点： ① 介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的恶 臭气体分子作用。 ② 反应快，不受气速限制。 ③ 采用防腐蚀材料，电极与废气不直接接触，根本上解决了设备腐蚀问题。 ④ 只需用电，操作极为简单，无需派专职人员看守，基本不占用人工费。 ⑤ 设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。 ⑥ 气阻小，工艺成熟。 低温等离子体净化工业废气的工作原理: 等离子体中能量的传递大致如下： 介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染 物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟图3-2 等离子体中能量
低温等离子体技术在表面改性中的应用
低温等离子体技术在表面改性中的应用低温等离子体中粒子的能量一般约为几个至几十电子伏特，大于聚合物材料的结合键能(几个至十几电子伏特)，完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键；但远低于高能放射性射线，只涉及材料表面，不影响基体的性能。处于非热力学平衡状态下的低温等离子体中，电子具有较高的能量，可以断裂材料表面分子的化学键，提高粒子的化学反应活性(大于热等离子体)，而中性粒子的温度接近室温，这些优点为热敏性高分子聚合物表面改性提供了适宜的条件。 1 形成装置及影响因素 选择适宜的放电方式可获得不同性质和应用特点的等离子体，通常，热等离子体是气体在大气压下电晕放电产生，冷等离子体由低压气体辉光放电形成。 热等离子体装置是利用带电体尖端(如刀状或针状尖端和狭缝式电极)造成不均匀电场，称电晕放电，使用电压和频率、电极间距、处理温度和时间对电晕处理效果都有影响。电压升高、电源频率增大，则处理强度大，处理效果好。但电源频率过高或电极间隙太宽，会引起电极间过多的离子碰撞，造成不必要的能量损耗；而电极间距太小，会有感应损失，也有能量损耗。处理温度较高时，表面特性的变化较快。处理时间延长，极性基团会增多；但时间过长，表面则可能产生分解物，形成新的弱界面层。 冷等离子体装置是在密封容器中设置两个电极形成电场，用真空泵实现一定的真空度，随着气体愈来愈稀薄，分子间距及分子或离子
的自由运动距离也愈来愈长，受电场作用，它们发生碰撞而形成等离子体，这时会发出辉光，故称为辉光放电处理。辉光放电时的气压大小对材料处理效果有很大影响，另外与放电功率，气体成分及流动速度、材料类型等因素有关。 不同的放电方式、工作物质状态及上述影响等离子体产生的因素，相互组合可形成各种低温等离子体处理设备。 2 在表面改性中的应用 低温等离子体技术具有工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、环境污染小、节能等优点，在表面改性中广泛的应用。 2.1 表面处理 通过低温等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能分别得到改善。 用几种常用的等离子体对硅橡胶进行表面处理，结果表明N2、Ar、O2、CH4-O2及Ar-CH4-O2等离子体均能改善硅橡胶的亲水性，其中CH4-O2和Ar-CH4-O2的效果更佳，且不随时间发生退化［6］。英国派克制笔公司将等离子体技术用于控制墨水流量塑料元件的改性工艺中，提高了塑料的润湿率。 文献表明，用低温等离子体在适宜的工艺条件下处理PE、PP、PVF2、LDPE等材料，材料的表面形态发生的显著变化，引入了多种含氧基团，使表面由非极性、难粘性转为有一定极性、易粘性和亲水性，有利于粘结、涂覆和印刷。
低温等离子工作原理
低温等离子 1、高科技创新产品：“低温等离子体”技术是电子、化学、催化等综合作用下 的电化学过程，是一全新的技术创新领域。是依靠等离子体在瞬间产生的强大电场能量电离、裂解有害气体的化学键能，从而破坏废气分子结构，达到净化目的。 2、 3、2、高效废气净化：本设备能高效去除挥发性有机物（VOC）、无机物、硫 化氢、氨气、硫醇类等主要污染物，以及各种恶臭味，除臭效率可达98%以上，对于长期弥漫、积累的恶臭、异味，24小时内即可祛除，并且具有强力杀灭空气中细菌、病毒等各种微生物能力，而且具有明显的防霉作用。 除臭效果超过国家颁布的恶臭污染物排放一级标准。 4、?? 5、3、无需添加任何物质：低温等离子体废气处理是一种干法净化过程，是一 种全新的净化过程，不需任何添加剂，不产生废水、废渣，不会导致二次污染。 6、?? 7、4、低温等离子适应性强：持久的净化功能，无须专人看管。可适应高浓度、 大气量、不同气态物质的净化处理，可在高温250℃,低温-50℃的环境内,净化区均可运转,特别是在潮湿,甚至空气。湿度饱和的环境下仍可正常运行，每天24小时连续工作，长期运行稳定可靠。 8、? 9、5、低耗节能：运行费用低廉、省电是“低温等离子体”专利核心技术之一, 处理1000M3/h臭气，耗电量仅0.25度。本设备无任何机械动作，自动化程度高,工艺简洁,操作简单,方便无需专人管理和日常维护，遇故障自动停机报警，只需作定期检查。 10、?? 11、6、低温等离子设备组合产品重量轻，体积小，可按场地要求立放、卧放， 可根据废气浓度、流量、成份进行串、并组合设计达到完全的废气净化。 12、?? 13、7、设备使用寿命长：本设备由不锈钢材，铜材、钼材、环氧树脂等材料 组成，抗氧化性强，对酸、碱气体、潮湿环境等具有良好的防腐性能。使用寿命长达15年以上。 14、?? 15、8、安全：“低温等离子体”设备内使用电压在36伏以下，安全可靠。 河南兴邦环保局指定合作单位，提供环评和检测等一站式服务 河南兴邦环保科技有限公司
等离子体概述
一、等离子体概述 物质有几个状态？学过初中物理的会很快回答固态、液态、气态。其实，等离子态是物质存在的又一种聚集态，称为物质的第四态。它是由大量的自由电子和离子组成，整体上呈现电中性的电离气体。 在一定条件下，物质的各态之间是可以相互转化的，当有足够的能量施予固体，使得粒子的平均动能超过粒子在晶格中的结合能，晶体被破坏，固体变成液体。若向液体施加足够的能量，使粒子的结合键破坏，液体就变成了气体。若对气体分子施加足够的能量，使电子脱离分子或原子的束缚成为自由电子，失去电子的原子成为带正电的离子时，中性气体就变成了等离子体。物质的状态对应了物质中粒子的有序程度，等离子内物质中的粒子有序程度是最差的。相应的，等离子体内的粒子具有较高的能量、较高的温度。实际上，宇宙中99.9%的物质处于等离子态，它是宇宙中物质存在的普遍形式，不过地球上，等离子体多是人造的。 人工如何造出等离子体呢？从上面的论述可以看出，等离子体的能量是很高的，任何物质加热到足够高的温度，都会成为电离态，形成等离子体。在太阳和恒星的内部，都存在着大量的高温产生的等离子体。太阳和恒星的热辐射和紫外辐射能使星际空间的稀薄气体产生电离，形成等离子体，如地球上空的电离层就是这样来的。各种直流、交流、脉冲放电等均可用来产生等离子体。利用激光也可以产生等离子体。 等离子体如何描述？温度。等离子体有两种状态：平衡状态和非平衡状态。等离子体中的带电粒子之间存在库伦力的作用，但是此作用力远小于粒子运动的热运动能。当讨论处于热平衡状态的等离子体时，常将等离子体当做理想气体处理，而忽略粒子间的相互作用。在热平衡状态下，粒子能量服从麦克斯韦分布。每个粒子的平均动能32 E kT =。对于处于非平衡状态下的等离子体，一般认为不同粒子成分各自处于热平衡态，分别用e T 、i T 、n T 表示电子气、离子气和中性气体的温度，并表示各自的平均动能。可以用动力学温度E T （eV ）表示等离子体的温度，E T 的单位是能量单位，由粒子的动能公式可得 2133222 E E mv kT T ===，E T 就是粒子的等效能量kT 值（1eV 的能量温度，相应的开氏绝对温度为1T k ==11600K ）。 温度是描述等离子体能量的，还有其它的一些概念来表述。（1）高温等离子体，低温等离子体，冷等离子体。高温等离子体也是完全电离体，温度68 10~10K ，核反应、恒星的等离子体是这类。低温等离子体是部分电离体， 463410~10,310~310e i T K T K ==??，电弧等离子体、燃烧等离子体是这种。冷等离子体是410,e i T K T >约等于室温的等离子体。 （2）电离度。强电离等离子体指电离度η>10-4的等离子体，弱电离等离子体η<10-4。η是电离度，0=n n n η+，n 是两种异电荷粒子中任何一种密度，0n 为中性粒子密度。粒子密度是表示单位体积中所含粒子的数目。（3）稠密等离子体和稀薄等离子体。具体区分度不详。
低温等离子体表面处理技术
低温等离子体表面处 理技术
Plasma and first wall Introduction Today I will talk about something about my study on the first wall in the tokamak. Firstly, I will show you that what the plasma is in our life thought the following pictures such as: Fig.1 Lighning Fig.2 Aurora Fig.3 Astrospace Just as the pictures mentioned above , they are all consist of plasma. But, what does have in the plasma, now our scientist had given a definition that the plasma state is often referred to as the fourth state of matter and contains enough free charged particles（negative ions 、positive ions）and electronics. Like the photo below. Fig.4 Plasma production Plasma production In our research, we produce the plasma through an ICP (inductively coupled plasma)
低温等离子工作原理
低温等离子工作原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
低温等离子 1、高科技创新产品：“低温等离子体”技术是电子、化学、催化等综合作用下 的电化学过程，是一全新的技术创新领域。是依靠等离子体在瞬间产生的强大电场能量电离、裂解有害气体的化学键能，从而破坏废气分子结构，达到净化目的。 2、 3、2、高效废气净化：本设备能高效去除挥发性有机物（VOC）、无机物、硫 化氢、氨气、硫醇类等主要污染物，以及各种恶臭味，除臭效率可达98%以上，对于长期弥漫、积累的恶臭、异味，24小时内即可祛除，并且具有强力杀灭空气中细菌、病毒等各种微生物能力，而且具有明显的防霉作用。除臭效果超过国家颁布的恶臭污染物排放一级标准。 4、？ 5、3、无需添加任何物质：低温等离子体废气处理是一种干法净化过程，是 一种全新的净化过程，不需任何添加剂，不产生废水、废渣，不会导致二次污染。 6、 7、4、低温等离子适应性强：持久的净化功能，无须专人看管。可适应高浓 度、大气量、不同气态物质的净化处理，可在高温250℃,低温-50℃的环境内,净化区均可运转,特别是在潮湿,甚至空气。湿度饱和的环境下仍可正常运行，每天24小时连续工作，长期运行稳定可靠。 8、 9、5、低耗节能：运行费用低廉、省电是“低温等离子体”专利核心技术之一, 处理1000M3/h臭气，耗电量仅度。本设备无任何机械动作，自动化程度高,工艺简洁,操作简单,方便无需专人管理和日常维护，遇故障自动停机报警，只需作定期检查。 10、 11、6、低温等离子设备组合产品重量轻，体积小，可按场地要求立 放、卧放，可根据废气浓度、流量、成份进行串、并组合设计达到完全的废气净化。 12、 13、7、设备使用寿命长：本设备由不锈钢材，铜材、钼材、环氧树脂 等材料组成，抗氧化性强，对酸、碱气体、潮湿环境等具有良好的防腐性能。使用寿命长达15年以上。 14、 15、8、安全：“低温等离子体”设备内使用电压在36伏以下，安全可 靠。
低温等离子体介绍
低温等离子体介绍 基本概念 等离子体是物质存在的第四种状态。它由电离的导电气体组成，其中包括六种典型的粒子，即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。 事实上等离子体就是由上述大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性气体，也就是高度电离的气体。无论是部分电离还是完全电离，其中的负电荷总数等于正电荷总数，所以叫等离子体。 等离子体的分类 1、按等离子体焰温度分： （1）高温等离子体：温度相当于108~109 K完全电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。 （2）低温等离子体： 热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温度103~105K，如电弧、高频和燃烧等离子体。 冷等离子体：电子温度高（103~104K）、气体温度低，如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、DBD介质阻挡放电等离子体、索梯放电等离子体等。 2、按等离子体所处的状态： （1）平衡等离子体：气体压力较高，电子温度与气体温度大致相等的等离子体。如常压下的电弧放电等离子体和高频感应等离子体。 （2）非平衡等离子体：低气压下或常压下，电子温度远远大于气体温度的等离子体。如低气压下DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下DBD介质阻挡放电等产生的冷等离子体。 什么是低温（冷）等离子体？ 冰升温至0℃会变成水，如继续使温度升至100℃，那么水就会沸腾成为水蒸气。随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，我们把这三种基本形态称为物质的三态。那么对于气态物质，温度升至几千度时，将会有什么新变化呢? 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组
低温等离子废气处理工艺
低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当达到气体的放电电压时，气体被击穿，放电过程中整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体，目前这种技术主要应用于废气处理工业中，有些小伙伴对于整个处理工艺和流程比感兴趣，下面就来一起学习一下。 低温等离子体的工艺技术原理： 异味气体从气体收集系统收集后首先进入除水器中进行水气分离，然后再排入等离子体反应器单元，在该区域由于高能电子的作用，使异味分子受激发，带电粒子或分子间的化学键被打断，产生自由基等活性粒子，这些活性粒子和O2反应达到消除异味目的。同时空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生OH 自由基、活性氧等强氧化性物质，这些强氧化性物质也会与异味分子反应，使其分解，从而促进异味消除。净化后的气体经排气筒高空排放。 低温等离子处理工艺主要是利用放电来产生很多的高能粒子，然后对分子进行降解、氧化、裂解以及电离。近年来，低温等离子处理工艺成为国内外重视的
一个重点问题。将低温等离子处理工艺应用到低浓度、大风量有机废气处理中，具有处理量大、低能耗等优点。但是，这种处理工艺在应用的过程中会产生很多副产物，不能够完全将有机废气降解为水和二氧化碳。 低温等离子废气处理工艺，低温等离子废气处理技术采用双介质阻挡放电形式产生等离子体，所产生等离子体的密度是其他技术产生等离子体密度的1500倍，初用于氟利昂类、哈隆类物质的分解处理，后延伸恶臭、异味、有毒有害气体处理。该技术节能、环保，应用范围广，所有化工生产环节产生的恶臭异味几乎都可以处理，并对二恶英有良好的分解效果。 低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
低温等离子体废气处理
有机、无机废气和恶臭处理技术 市场拓展人员培训教程 （宋文国，男，1968年出生，高级工程师，从事于节能环保项目多年。邮箱：,手机：） 一、行业废气概况 煤化工废气 煤制焦过程废气 焦化废气主要来源于装煤、炼焦、化产回收等过程。装煤初期，煤料在高温条件下与空气接触，形成大量黑烟及烟尘、荒煤气及对人体健康有害的多环芳烃。炼焦时，废气一方面来自化学转化过程中未完全炭化的细煤粉及其析出的挥发组分、焦油、飞灰和泄漏的粗煤气，另一方面来自出焦时灼热的焦炭与空气接触生成的CO、CO2、NOx等,主要污染物包括苯系物（如苯并芘）、酚、氰、硫氧化物以及碳氢化合物等。 煤制气过程废气 煤制气废气的来源主要是气化炉开车过程中由于炉内结渣、火层倾斜等非正常停车而产生的逸散，另外，还有炉内的排空气形成部分废气、固定床气化炉的卸压废气、粗煤气净化工序中的部分尾气、硫和酚类物质回收装置的尾气及酸性气体、氨回收吸
收塔的排放气。这些废气的主要成分包括碳氧化物、硫氧化物、氨气、苯并芘、CO、CH4等，有些还夹杂了煤中的砷、镉、汞、铅等有害物质，对环境及人体健康有较大的危害。 煤制油过程废气 煤的液化可分为直接液化和间接液化。煤直接液化时，经过加氢反应，所有异质原子基本被脱除，也无颗粒物，回收的硫可以获得元素硫，氮大多转化为氨。煤间接液化时，催化合成过程中的排放物不多，未反应的尾气（主要是CO）可以在燃烧器中燃烧，排放的废气中CO2和硫很少，也没有颗粒物的生成。煤液化过程对环境造成的影响较小，主要的污染物是液化残渣，这是一种高碳、高灰和高硫物质，在某些工艺中占到液化原料煤总量的40％左右，需进一步处理。 煤燃烧过程废气 煤燃烧过程主要污染物有粉尘与烟雾、SO2为主的硫化物、N2O、NO、NO2、N2O3、 N2O4等氮氧化物、Hg、Cd、Pb、Cr、As、Se、F等有害微量元素、产生温室效应的CO2等。煤直接燃烧的能量利用率低，环境污染严重。 石油化工厂废气 化工厂在生产过程中会产生大量的废气，比如：氨、三甲胺、硫化氢、二氧化硫、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和硫化氢等无机废气；还有VOC类：苯、甲苯、二甲苯、丙
低温等离子原理与应用
低温等离子体技术在环境工程中的应用 低温等离子体技术在废气处理中的应用随着工业经济的发展，石油、制药、油漆、印刷和涂料等行业产生的挥发性有机废气也日渐增多，这些废气不仅会在大气中停留较长的时间，还会扩散和漂移到较远的地方，给环境带来严重的污染，这些废气吸入*** ，直接对***的健康产生极大的危害；另外工业烟气的无控制排放使全球性的大气环境日益恶化，酸雨(主要来源于工业排放的硫氧化物和氮氧化物)的危害引起了各国的重视。由于大气受污染而酸化，导致了生态环境的破坏，重大灾难频繁发生，给人类造成了巨大损失。因此选择一种经济、可行性强的处理方法势在必行。 降解挥发性有机污染物(VOCs)传统的处理方法如吸收、吸附、冷凝和燃烧等，对于低浓度的VOCs很难实现，而光催化降解VOCs又存在催化剂容易失活的问题，利用低温等离子体处理VOCs可以不受上述条件的限制，具有潜在的优势。但由于等离子体是一门包含放电物理学、放电化学、化学反应工程学及真空技术等基础学科之上的交叉学科。因此，目前能成熟的掌握该技术的单位非常的少。大部分宣传采用低温等离子技术处理废气的宣传都不是真正意义上的低温等离子废气处理技术。 是否是低温等离子体处理技术的简单判断方法： 现在，各传媒上宣传低温等离子废气处理的产品和技术很多，可这些产品的宣传大部分都是在炒低温等离子体概念。如何判断是否是真正意义上的低温等离子体技术？可以用下面两个简单的规则来判断，即使你不懂低温等离子体技术也能判断出是真是假。 (1)在废气处理的通道上必须充满了低温等离子体。这条规则判断很简单，只要用眼睛观察一下处理通道是否充满紫蓝色的放电就可以直观的了解是否是低温等离子体了(需要注意的是不要将各种颜色的灯光当作电离子体放电)。如果在废气处理的通道上只零星的分布若干的放电点或线，则处理的效果是非常有限的，因为，大部分的(VOCs)气体没有进过低温等离子体处理区域。 (2)低温等离子体处理系统必须要有一定的放电处理功率。通常需要在2?5瓦时/米3。即1000米3/时的风量需要处理的电功率为2KW?5KW。如果号称1000 米3/时的风量只需要几十或几百瓦的电功率，则最多也就是静电（除尘）处理或局部处理而已。要想分解VOCs 没有一定的能量是不可能的。 等离子体技术目前采用的有四类技术，介质阻挡放电（双介质、单介质）、尖端放电（金属、纤维）、板式放电、微波放电，实际应用也有采用组合模式。
精简的低温等离子体灭菌器的原理和过程
低温等离子体灭菌概述 一、概述及灭菌原理 消毒：消毒（disinfection）从医院除污染的意义上是指用化学的或物理的方法杀灭或消除传播媒介上的病原微生物，使之达到无传播感染水平的处理即不再有传播感染的危险。杀灭或清除医院内环境中和传播媒介上的病原微生物称之为“医院消毒”。 灭菌：灭菌是指杀灭或去除外环境中一切微生物的过程。包括致病性微生物和不致病的微生物，如细菌（含芽胞）、病毒、真菌（含孢子）等，一般认为不包括原虫和寄生虫卵，以及藻类。 灭菌是个绝对的概念，意为完全杀灭所处理微生物，经过灭菌处理的物品可以直接进入人体无菌组织内而不会引起感染，因此，灭菌是最彻底的消毒。然而事实上要达到这样的程度是困难的，因此国际上通用方法规定，灭菌过程必须使物品污染的微生物的存活概率减少到10-6 (灭菌保证水平)，换句话说，要将目标微生物杀灭率达到99.9999%。 1、概述 等离子体（Plasma）是物质的第四态，它是正、负带电粒子、中性原子、他子所形成的一团物质。就像云一样的存在状态，具
有能量密度高、化学活性成分丰富的特点。利用待离子体这样的特点进行灭菌，效果非常明显。而且速度快。等离子体灭菌的关键技术是：灭菌腔体中等离子体必须均匀，不存在死角。有一定的能量要求。 2、等离子体的形成： 等离子体属于物理概念，是自然界中存在的一种物质状态(即固体、液体和气体之外的第四态)。低温等离子体的产生通常是在几帕到几百帕的真空环境下，利用特定电磁电场作用，使某些中性气体的分子产生连续不断的电离，形成带负电荷和等量带正电荷的离子相互共存的物质状态，当电离率与复合率达到平衡时，这种稳定存在的物质形态就称之为等离子体。 同一种物质的不同状态，表示这种物质中粒子所具有不同的能量，例如固体冰获得能量融化成水，水获得能量汽化成水蒸汽，水蒸汽在特定的物理条件下又可形成等离子体，由此可知等离子体是一种能量更高的物质聚集态。组成等离子体的不仅有分子和原子，还有许多带电粒子，其粒子的能量约从几eV（电子福特）到几千eV不等，因而，其具有特殊的理化性能，在与物质的相互作用中会产生许多特殊的物理和化学效应。例如：过氧化氢（双氧水）是普通的临床消毒液，但需要将器械完全浸泡2小时以上，才能达到高级消毒水平；而等离子体灭菌器将极少量双氧水（2～5ml/次）激发成过氧化氢等离子体，可在几十秒钟的时间内、35～45℃条件下将106cpu/片的枯草杆菌芽孢全部杀灭，达到
等离子体
3.空心阴极效应如何产生的？ 两平行平板阴极置于真空设备中，当满足气体点燃电压时，这两个阴极都产生辉光放电，在阴极附近形成阴极暗区，当两阴极靠近或气压降低时，两 个负辉区合并。此时从阴极K1发射出电子在K1 的阴极位降区加速，当它进入阴极K2的阴极位降 区又被减速，因此如果这些电子没有产生电离和 激发，则电子在K1和K2之间来回振动，增加了 电子和气体分子的碰撞几率，可以引起更多的激 发和电离过程。电离密度增加，负辉光强度增加， 这种现象称为空心阴极效应。 4.辉光放电和弧光放电的特点各是？ 5.低于和高于共析温度渗氮时组织是如何形成的？1首先是α相被氮所饱和,当氮含量达到饱和极限时，便通过非扩散性的晶格重构方式，形成γ’相；随着时间的延长，当γ’相的氮含量达到饱和极限时，在铁的表层，同样以晶格重构方式形成ε相。γ’相和ε相均按扩散方式长大。因此，纯铁经充分渗氮后，表层组织依次为ε、γ’以及α相 2在高于共析温度时纯铁渗氮，在渗氮温度下生成的组织，由表及里依次为：ε，，γ，α。当缓冷至室温时，低浓度的ε相会析出。γ相在590发生共析转变（），相降低了其饱和含氢量而析出。若快冷时，则含氮奥氏体发生氮马氏体转变，故表层组织依次为：ε，，，α 6.三种渗氮理论分别是什么？1射与沉积理论：离子渗氮时，渗氮层是通过反应阴极溅射而形成。在真空炉体内，工件为阴极，炉体为阳极，加上直流高压后，稀薄气体电离，形成等离子体2子离子理论：在离子渗氮中，虽然溅射很明显，然而不是主要的控制因素，对渗氮起决定作用的是氮氢分子离子化的结果3性氮原子模型：对离子渗氮其作用的实际上是中性氮原子，分子离子的作用是次要的 7.简述离子渗氮的特点：优点a渗氮速度快b渗氮层组织易控制，脆性小c无公害热处理d节约能源、气源e变形小；f适用于不锈钢渗氮。缺点：1不同形状、尺寸、材料的零件混合装炉渗氮时，要使工件温度均匀一致比较困难2.离子渗氮设备较复杂，价格也比气体渗氮炉贵3.准确测定零件温度较困难。 8.简述渗氮过程中脉状组织形成受什么影响？a合金元素在晶界偏聚严重的，则脉状组织明显；b工艺参数的影响：渗氮温度高，保温时间越长，NH3渗氮时炉内；压强越高，均促进脉状组织的形成；c零件棱角的影响：棱角处的脉状组织比其他部位严重得多 9.讨论渗氮材料选择有哪些原则？ 1碳钢渗氮效果极差，表面硬度低，硬化层浅。为了提高碳氮的硬化效果，可以采用离子软化工艺2合金结构钢。根据使用条件，选择不同的钢种进行离子渗氮，预先处理一般为调制处理，有的低碳合金钢可以用正火处理。而渗氮温度必须略低于调制回火温度，以保证心部强度不致降低。3工模具渗氮。常用离子渗氮提高工模具使用寿命。4不锈耐酸钢的离子渗氮。离子渗氮可以大幅度提高铁素体型，马氏体型和奥氏体不锈钢的硬度和耐磨性。对于表面要求耐磨，往往由于磨损报废，又要求耐酸蚀的零件可以选用不锈耐酸钢进行离子渗氮处理。5铸铁的离子渗氮。铸铁由于含碳量及含硅量较高，阻止氮的扩散，常采用离子软化的方法渗氮，或选用球墨铸铁合金铸铁，也加快渗速6钛及钛合金的渗氮。由于钛及钛合金具有优异的特性，有广泛的应用。 10.试举例说明如何提高离子渗层的耐蚀性能与耐磨性能： 提高耐蚀性：加入适量的合金元素。提高耐磨性：控制好渗氮温度(较低为宜)，选择合适气体比例(减少CO2)。 11.检测渗氮层厚度的方法有哪些？1金相法2硬度梯度法3用X射线衍射法测化合物层厚度4淬火法； 12.检测渗氮层硬度的方法有哪些？1表面硬度：表面硬度的测定以负荷5~10kg的维氏硬度计为准；2硬度梯度：用50~100g现为硬度计进行测定，从边缘往中心每隔一定距离打一硬度值，然后作出硬度分布曲线。 13.元素Al和Cr对渗层有什么影响 1)形成合金氮化物，使硬度、耐磨性增加2)溶入а-Fe中，提高а-Fe的溶氮能力，产生固溶强化作用3)影响氮在铁中的扩散系数及表面吸氮能力4)改变钢的临界点，从而改变渗氮温度
低温等离子体技术介绍
技术介绍 --低温等离子体 低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质的第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到分解污染物的目的。 “QHDD-Ⅱ”低温等离子体工业废气处理成套设备和技术作为一种新型的气态污染物的治理技术是一个集物理学、化学、生物学和环境科学于一体的交叉综合性电子化学技术，由于能很容易使污染物分子高效分解且处理能耗低等特点，是目前国内外大气污染治理中最富有前景、最行之有效的技术方法之一，其使用和推广前景广阔，为工业领域VOC类有机废气及恶臭气体的治理开辟了一条新的思路。 低温等离子体废气处理技术与其他废气治理方法优缺点对比 表1-2 几种废气处理工艺的适用范围及优缺点 工艺名称原理适用范围优点缺点 掩蔽法采用更强烈的芳香气味与臭气掺和，以掩蔽臭气，使之能被人接收适用于需立即、暂时地消除低浓度恶臭气体影响地场合，恶臭强度左右，无组织排放源可尽快消除恶臭影响，灵活性大，费用低恶臭成分并没有被去除，麻痹了对原有污染物的感知 热力燃烧法在高温下恶臭物质与燃料气充分混和，实现完全燃烧适用于处理高浓度、小气量的可燃性气体净化效率高，恶臭物质被彻底氧化分解设备易腐蚀，消耗燃料，处理成本高，易形成二次污染，催化剂中毒 催化燃烧法
水吸收法利用臭气中某些物质易溶于水的特性，使臭气成分直接与水接触，从而溶解于水达到脱臭目的水溶性、有组织排放源的恶臭气体工艺简单，管理方便，设备运转费用低产生二次污染，需对洗涤液进行处理；净化效率低，应与其他技术联合使用，对水溶性差的物质等处理效果差 药液吸收法利用臭气中某些物质和药液产生化学反应的特性，去除某些臭气成分适用于处理大气量、高中浓度的臭气能够有针对性处理某些臭气成分，工艺较成熟净化效率不高，消耗吸收剂，易形成而二次污染 吸附法利用吸附剂的吸附功能使恶臭物质由气相转移至固相适用于处理低浓度，高净化要求的恶臭气体净化效率很高，可以处理多组分恶臭气体吸附剂费用昂贵，再生较困难，要求待处理的恶臭气体有较低的温度和含尘量 生物滤池恶臭气体经过除尘增湿或降温等预处理工艺后，从滤床底部由下向上穿过由滤料组成的滤床，恶臭气体由气相转移至水—微生物混和相，通过固着于滤料上的微生物代谢作用而被分解掉目前研究最多，工艺最成熟，在实际中也最常用的生物脱臭方法,又可细分为土壤脱臭法、堆肥脱臭法、泥炭脱臭法等。净化效率高，处理费用低占地面积大，易堵塞，填料需定期更换，脱臭过程很难控制，受温度和湿度的影响大，生物菌培训需要较长时间，遭到破坏后恢复时间较长。 生物滴滤池原理同生物滤池式类似，不过使用的滤料是诸如聚丙烯小球、陶瓷、木炭、塑料等不能提供营养物的惰性材料。只有针对某些恶臭物质而降解的微生物附着在填料上，而不会出现生物滤池中混和微生物群同时消耗滤料有机质的情况池内微生物数量大，能承受比生物滤池大的污染负荷，惰性滤料可以不用更换，造成压力损失小，而且操作条件极易控制占地面积大，需不断投加营养物质，而且操作复杂，受温度和湿度的影响大，生物菌培训需要较长时间，遭到破坏后恢复时间较长。 洗涤式活性污泥脱臭法将恶臭物质和含悬浮物泥浆的混和液充分接触，使之在吸收器中从臭气中去除掉，洗涤液再送到反应器中，通过悬浮生长的微生物代谢活动降解溶解的恶臭物质有较大的适用范围可以处理大气量的臭气，同时操作条件易于控制，占地面积小设备费用大，操作复杂而且需要投加营养物质 曝气式活性污泥脱臭法将恶臭物质以曝气形式分散到含活性污泥的混和液中，通过悬浮生长的微生物降解恶臭物质适用范围广，目前日本已用于粪便处理场、污水处理厂的臭气处理活性污泥经过驯化后，对不超过极限负荷量的恶臭成分，去除率可达%以上。受到曝气强度的限制，该法的应用还有一定局限
低温等离子体的产生方法
辉光放电电晕放电介质阻挡放电射频放电滑动电弧放电射流放电大气压辉光放电次大气压辉光放电 辉光放电(Glow Discharge) 辉光放电属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于 10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。电源可以为直流电源也可以是交流电源。每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示)，荧光灯的发光即为辉光放电。因此，实验时若发现等离子的颜色有误，通常代表气体的纯度有问题，一般为漏气所至。辉光放电是化学等离子体实验的重要工具，但因其受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，而无法广泛应用于工业制造中。目前的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等。 部分气体辉光放电的颜色 Gas He Ne(neon) Ar Kr Xe H2N2O2 Air Cathode Layer red yellow pink --
red-brown pink red pink Negative Glow pink orange dark-blue green orange-green thin-blue blue yellow-white blue Positive Column Red-pink red-brown dark-red blue-purple white-green pink red-yellow red-yellow red-yellow 次大气压下辉光放电(HAPGD)产生低温等离子体 由于大气压辉光放电技术目前虽有报道但技术还不成熟，没有见到可用于工业生产的设备。而次大气压辉光放电技术则已经成熟并被应用于工业化的生产中。次大气压辉光放电可以处理各种材料，成本低、处理的时间短、加入各种气体的气氛含量高、功率密度大、处理效率高。可应用于表面聚合、表面接枝、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成及各种粉、粒、片材料的表面改性和纺织品的表面处理。次大气压下辉光放电的视觉特征呈现均匀的雾状放电；放电时电极两端的电压低而功率密度大；处理纺织品和碳纤维等材料时不会出
等离子原理说明
低温等离子体技术简介 低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。 低温等离子体的产生途径很多，低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为双介质阻挡放电 (Dielectric Barrier Discharge，简称DBD)，该技术性能先进，运行稳定，获得广泛客户的认可。 装置示意图如图3-1所示。 介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1～10 105Pa的气压下进行，具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间，防止火花放电。介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。 介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点： ①介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的恶臭气体 分子作用。 ②反应快，不受气速限制。 ③采用防腐蚀材料，电极与废气不直接接触，根本上解决了设备腐蚀问题。
低温等离子体技术在有机净化废气中的应用与进展
低温等离子体技术在有机净化废气 中的应用与进展 姓名：xxx 专业：环境工程 班级：xxx 指导老师：xxx 2015年12月xx日
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展 摘要 随着现代工业的快速发展，工业三废的排放量与日俱增，尤其是挥发性有机废气(VOCs)的排放，挥发性有机废气种类繁多、毒性强、扩散面广，是继颗粒物、二氧化硫、氮氧化合物之后又一类不容忽视的大气污染物。传统的有机废气处理方法存在流程复杂、运行成本高、处理效率低下、易产生二次污染等问题。低温等离子体技术利用自由基、高能电子等活性粒子与有机废气分子发生一系列理化反应，使有害气体在短时间内迅速催化降解为CO2和H2O以及其他小分子化合物。低温等离子体技术工艺流程简单、开停方便、运行费用低、去除效率高，在治理上具有明显优势,是国内外目前的研究热点之一。本文综述了低温等离子体在催化剂处理挥发性有机废气方面的技术研究进展，并展望了等离子体技术在废气处理领域的发展方向。 关键词：低温等离子体；有机挥发性废气(VOCs)；催化降解
1 引言 工农业生产过程不可避免地要排放挥发性有机废气(VOCs)，这是污染环境、危害人类健康的重要来源[1-2]。挥发性有机废气排放到大气中会引起光化学烟雾、臭氧层破坏等环境问题；大部分的VOCs 还具有毒性、刺激性、甚至致癌作用，对人体健康造成严重的危害[3]。为了应对(VOCs)对环境的破坏以及对人体健康的威胁，挥发性有机废气处理技术迅速成为国内外的研究热点之一。 2 常用有机废气处理技术 目前国内外有多种技术用于处理挥发性有机废气，其中较为常见的方法有：燃烧法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、低温等离子体法等。 2.1 燃烧法 通过燃烧将VOCs转化为无害物质的过程称为燃烧法[4]。燃烧法的原理是燃烧氧化作用及在高温下的热分解。因此，燃烧法只适用于处理可燃的或在高温下易分解的VOCs。 2.2 冷凝法 冷凝法处理VOCs是利用废气中的各组分饱和蒸汽压不同这一特点，采用降温、升压等方法，将气态的VOCs液化分离[5]，但冷凝法不适用于低浓度废气的处理。 2.3 吸收法 吸收法的原理是吸收质（VOCs）与吸收剂（水、酸溶液、碱溶液等）发生化学反应从而达到吸收去除效果。当VOCs成分复杂需多段净化时，该方法便不再适用，并且该法设备易腐蚀，易形成二次污染[6]。 2.4 吸附法 吸附法是用多孔性固体活性炭、分子筛、交换树脂、硅胶、飞灰等吸附去除废气。吸附法对大部分VOCs均适用，一般作为其他方法的后续处理[7]。但是吸附法也有它的缺点投资高、吸附剂用量大、再生困难、能耗大、占地面积大等缺点。
低温等离子体消毒
低温等离子体消毒 1.消毒灭菌的定义 2.低温等离子体灭菌技术 3.低温等离子体的消毒机理 4.低温等离子灭菌的优缺点 5.低温等离子体杀菌消毒技术的应用 消毒灭菌的定义 消毒：消毒是指用化学的或物理的方法杀灭或消除传播媒介上的病原微生物，使之达到无传播感染水平的处理即不再有传播感染的危险。灭菌：灭菌是指杀灭或去除外界环境中一切微生物的过程。包括致病性微生物和不致病的微生物，如细菌（含芽胞）、病毒、真菌（含孢子）等，一般认为不包括原虫和寄生虫卵，以及藻类。灭菌是获得纯培养的必要条件，也是食品工业和医药领域中必需的技术。 灭菌是个绝对的概念，意为完全杀灭所处理微生物，经过灭菌处理的物品可以直接进入人体无菌组织而不会引起感染，因此，灭菌是最彻底的消毒。然而事实上要达到这样的程度是困难的，因此国际上通用方法规定，灭菌过程必须使物品污染的微生物的存活概率减少到E-6 (灭菌保证水平)，换句话说，要将目标微生物杀灭率达到99.9999%。在当前面对如此严苛的灭菌要求，理想的灭菌器应该具有如下的特点和性能： ( 1 )灭菌速度应尽量快，时间要短； ( 2 )灭菌温度应该低于 5 5℃左右，对器械、物品损伤尽量小；
( 3 )灭菌时对整个环境无影响，灭菌残留物是无害的； ( 4 )能够满足多种物品的灭菌要求； ( 5 )使用耗材价格不能过高。 现如今所使用的灭菌方法多为热力灭菌、辐射灭菌、环氧乙烷灭菌、低温甲醛蒸汽灭菌以及使用各种灭菌剂如戊二醛、二氧化氯、过氧乙酸和过氧化氢等长时间浸泡的方法。 这些灭菌方法存在着许多限制条件，如会对环境造成危害、灭菌时间过长、灭菌温度过高致使器械损伤较大、食品营养流失等 随着对消毒、灭菌的处理要求越来越高。传统灭菌方法的局限性正在促使新的灭菌技术的产生和发展。 低温等离子体灭菌技术 等离子体灭菌技术是新一代的高科技灭菌技术，它能克服现有灭菌方法的一些局限性和不足之处，提高消毒灭菌效果。 例如对于不适宜用高温蒸汽法和红外法消毒处理的塑胶、光纤、人工晶体及光学玻璃材料、不适合用微波法处理的金属物品，以及不易达到消毒效果的缝隙角落等地方，采用本技术，能在低温下很好地达到消菌灭菌处理而不会对被处理物品造成损坏。本技术采用的等离子体工作物质无毒无害。本技术还可应用到生产流水线上对产品进行消毒灭菌处理。 在环境问题越来越受到人们关注的今天，常压低温等离子体消毒作为一种清洁的消毒方法将会有一个广阔的应用前景。等离子体灭菌是医疗卫生、制药、生物工程食品行业灭菌技术的未来发展方向。
低温等离子体对材料的表面改性
低温等离子体对材料的表面改性 张 波 冷等离子体对材料的表面改性,通过放电等离子体来优化材料的表面结构,是一种非常先进的材料表面改性方法。冷等离子体的特殊性能可以对金属、半导体、高分子等材料进行表面改性,该技术已广泛应用于电子、机械、纺织等工程领域。 等离子体是 物质的第四态 ,它是由许多可流动的带电粒子组成的体系。等离子体的状态主要取决于它的化学成分、粒子密度和粒子温度等物理化学参量,其中粒子的密度和温度是等离子体的两个最基本参量。实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要由电子、离子、中性粒子或粒子团组成。描述等离子体的密度参数和温度参数主要有:电子温度T e、电子密度n e、离子温度T i、离子密度n i、中性粒子温度T g、中性粒子密度n g。在一般情况下,等离子体呈现宏观电中性,当等离子体处在平衡状态时,n e n i=n g。可以用物理参量电离度 =n e/ (n e+n g)来描述等离子体的电离程度,低气压放电产生的等离子体是弱电离的等离子体( 1), =1时,为完全电离等离子体。 等离子体按照其组成粒子的能量大小及热力学性质,可分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体中带电粒子的温度可达到绝对温度几千万度到上亿度,如太阳上的核聚变及地球上的热核聚变反应等。低温等离子体又分为热等离子体(热力学平衡)和冷等离子体(非热力学平衡),其中热等离子体中粒子的能量特别高,通常用于需要高温作业的领域,如磁流体发电,等离子体焊接、切割,等离子体冶炼,等离子体喷涂,等离子体制备超细粉等。实验室中采用低气压放电产生的等离子体,电子温度T e约为1~10eV(1eV=11600K),而离子温度T i只有数百开尔文,基本上等于中性粒子的温度,所以这种等离子体称为冷等离子体。正因为冷等离子体的宏观温度与室温相差无几,所以有着重要应用价值,如用于材料的表面改性以及光源等。 对于冷等离子体对高分子材料表面改性的作用机理,一般认为冷等离子体中含有大量电子、离子,激发态的分子和原子、自由基及紫外光等活性粒子,这些粒子的能量大多在0~20eV之间,而高分子材料大多是由C、H、O、N四种元素组成,这些分子之间的键能也多在l~10eV之间,如C-H(4 3eV)、C-N(2 9eV)、C-C(3 4eV)、C=C(6 leV)等,恰恰在等离子体的能量作用范围之内,因而等离子体对高分子材料表面改性十分有效,可改变其表面的化学组分和化学结构。冷等离子体对高分子材料的表面改性可分为三类:第一种是非聚合性气体的等离子体表面处理,这是通过非聚合性气体(如O2、N2、NH3等)在等离子体的气氛下使材料表面化学组分和结构发生变化;第二种是聚合性气体的等离子体聚合,这是用有机物、有机硅化合物或金属有机化合物等在材料表面生成聚合物薄膜;第三种是等离子体接枝,即在被等离子体激活的材料表面引进化学基团。总之,由于冷等离子体中含有大量电子、离子,激发态的原子、分子和自由基等活性粒子,这些活性粒子和材料相互作用使材料表面发生氧化、还原、裂解、交联和聚合等各种物理和化学反应,从而优化材料表面性能,增加材料表面的吸湿性(或疏水性)、可染性、粘接性、抗静电性及生物相容性等。 冷等离子体发生装置与 真空紫外光对材料改性的影响 冷等离子体装置,在密封容器中设置特定的电极形成电场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,它们在电场作用下发生碰撞而形成等离子体;因这时会发出辉光,故称为辉光放电。辉光放电时的气压大小对材料处理效果有很大影响,其他影响因素还有放电功率、气体成分、材料类型等。电源作为等离子体发生装置的主要部件,功率范围一般在50~500W之间,根据电源频率的不同可分为直流、低频(50Hz~50kHz)、射频(指定频率13 56MH z)、微波(常用2450MHz)。图1~图3分别是各种辉光放电装置示意图。 冷等离子体对材料表面改性的原理研究,过去一般停留在等离子体(电子、离子等)对材料表面的作用,这里介绍表面改性机制的新进展 真空紫外光(VUV)对材料的表面改性。一般认为,材料表面改性的机制,主要是自由基化学反应,但自由基扩