| 词条 | 低温等离子体 |
| 释义 | 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着火电压时，气体分子被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。 简介低温等离子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，也叫非平衡态等离子体. 如果电子的温度和重粒子温度差不多，则为高温等离子体，或平衡态等离子体。 低温等离子体中能量的传递大致为：电子从电场中得到能量，通过碰撞将能量转化为分子的内能和动能，获得能量的分子被激发，与此同时，部分分子被电离，这些活化了的粒子相互碰撞从而引起一系列复杂的物理化学反应。因等离子体内富含的大量活性粒子如离子、电子、激发态的原子和分子及自由基等，从而为等离子体技术通过化学反应处理异味物质提供了条件。它是基于放电物理、放电化学、反应工程学的学科之上的交叉学科。近几十年来，有关等离子体技术的研究非常活跃，为合成新物质、新材料及环境污染治理等提供了一种新技术、新方法和新工艺。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。 解释冰升温至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成的混合物（蜡烛的火焰就处于这种状态）。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等离子体(plasma)。因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。反过来，我们可以把等离子体定义为：正离子和电子的密度大致相等的电离气体。 实验从刚才提到的微弱的蜡烛火焰，我们可以看到等离子体的存在，而夜空中的满天星斗又都是高温的完全电离等离子体。据印度天体物理学家沙哈(M．Saha，1893-1956)的计算，宇宙中的99.9%的物质处于等离子体状态。而我们居住的地球倒是例外的温度较低的星球。此外，对于自然界中的等离子体，我们还可以列举太阳、电离层、极光、雷电等。在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。在自然和人工生成的各种主要类型的等离子体的密度和温度的数值，其密度为106（单位：个/m3）的稀薄星际等离子体到密度为1025的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。其温度分布范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108-109K（1-10亿度）。 温度轴的单位eV(electron volt)是等离子体领域中常用的温度单位，1eV=11600K。 通常，等离子体中存在电子、正离子和中性粒子(包括不带电荷的粒子如原子或分子以及原子团)等三种粒子。设它们的密度分别为ne,ni,nn，由于准电中性，所以电离前气体分子密度为ne≈nn。于是，我们定义电离度β=ne/(ne+nn)，以此来衡量等离子体的电离程度。日冕、核聚变中的高温等离子体的电离度都是100%，像这样β=1的等离子体称为完全电离等离子体。电离度大于1%(β≥10-2)的称为强电离等离子体，像火焰中的等离子体大部分是中性粒子(β<10-3 )，称之为弱电离等离子体。 若放电是在接近于大气压的高气压条件下进行，那么电子、离子、中性粒子会通过激烈碰撞而充分交换动能，从而使等离子体达到热平衡状态。若电子、离子、中性粒子的温度分别为了Te，Ti，Tn，我们把这三种粒子的温度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的热平衡等离子体称为热等离子体(thermal plasma)，在实际的热等离子体发生装置中，阴极和阳极间的电弧放电作用使得流入的工作气体发生电离，输出的等离子体呈喷射状，可用作等离子体射流(plasma jet)、等离子体喷焰(plasma torch)等。 另一方面，数百帕以下的低气压等离子体常常处于非热平衡状态。此时，电子在与离子或中性粒子的碰撞过程中几乎不损失能量，所以有Te>>Ti , Te>>Tn。我们把这样的等离子体称为低温等离子体(cold plasma)。当然，即使是在高气压下，低温等离子体还可以通过不产生热效应的短脉冲放电模式即电晕放电（corona discharge）或电弧滑动喷射式放电来生成。大气压下的辉光放电技术目前也已成为世界各国的研究热点。可产生大气压非平衡态等离子体的机理尚不清楚，在高气压下等离子体的输运特性的研究也刚刚起步，现已形成新的研究热点。 应用现在,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。 市场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 技术目前，国内外企业利用低温等离子体技术在环保方面开发出了“低温等离子体有机废气净化设备”、“低温等离子体废水净化设备”及“低温等离子体汽车尾气净化技术”。 1、低温等离子体在保鲜、杀菌、除臭等方面产品开发，目前已开发出适用于冰箱、空调、洗衣机的发生器。 2、“低温等离子体有机废气净化设备”利用低温等离子体产生的具有高氧化性的臭氧，在催化剂的作用下，使有机废气在较低的温度完全转化。该设备可应用于溶剂厂、印染厂、油漆厂等有机废气排放源。 3、“低温等离子体废水净化设备”可使皮革厂、造纸厂、印染厂、游泳池等排放的废水经处理后，达到无色无味、无菌的效果。 4、“低温等离子体汽车尾气净化技术”除具有一般汽车尾气净化器具有的功能外，还有以下特点： a、可降低发动机百公里耗油量； b、可降低发动机噪音，运转平稳； c、可提高发动机起始加速度； d、在恶劣环境下，点火启动成功率达到100%； e、降低尾气中有机物及一氧化碳等有害物的排放量； f、适用于任何型号的燃油发动机、发电机； 新型抗菌药物美国《微生物医学》2010年12月25日报道，抗生素或许很快会遇到它的竞争者，因为俄罗斯科学家近日找到一种治疗感染比抗生素更好的方法，这种方法不是另一种药物，而是物理学成果“低温等离子体”。低温等离子体疗法不仅避免了药物经常引发的副作用，而且这种离子化焰炬不管细菌对抗生素有没有耐药性，一律都会杀掉，没有细菌能逃过等离子体的“五指山”。俄罗斯戈玛乐雅流行病学和微生物学研究所的科学家艾莫列娃说，等离子体是一种离子化气体，有时又被称作物质的第四态，一般温度高达数千摄氏度，热等离子体通常被用来给医疗设备杀菌。而低温等离子体的温度接近室温，在一个大气压环境下，让等离子体的温度平稳保持在35到40摄氏度之间，这种温度足以安全触摸。艾莫列娃说，低温等离子体通过破坏细菌的DNA及其表面结构，可以杀死细菌，这一过程不会损伤人体组织。更重要的是，科学家已经证实等离子体可以杀死生长在伤口处的由生物膜保护的细菌。低温等离子体如何对抗可引起感染的有害细菌？艾莫列娃利用实验室里的低温等离子体焰炬(低温等离子体燃烧器)轰击两种常见细菌—— 绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌，这些细菌经常出现在伤口感染处，但对抗生素具有耐药性，因为它们拥有被称作生物膜的保护层。5分钟后，等离子体焰炬杀死了一个皮氏培养皿里生长的99%的细菌。10分钟后，它杀死一只受伤老鼠伤口处的90%的细菌。由于这种焰炬能直接瞄准小面积的特定感染区域，因此在治疗过程中周围组织不会受损。 同名图书基本信息《低温等离子体》 作 者：（俄国）B.M.弗尔曼，N.M.扎什京 著 邱励俭 译 丛 书 名：现代物理基础丛书 冷配在线 出 版 社：科学出版社 ISBN：9787030313416 出版时间：2011-06-01 版 次：1 页 数：367 装 帧：平装 开 本：16开 内容简介俄罗斯科学院西伯利亚分院理论与应用力学研究所在朱可大院士的领导下于1990-2000年陆续出版了一套《低温等离子体丛书》，这是低温等离于体方面的巨著。鉴于其重要性，译者翻译了第20卷，以期对我国等离子体领域的研讨与应用有帮助。《低温等离子体：等离子体的产生、工艺、问题及前景》是《低温等离子体丛书》的结尾卷，总结了20世纪低温等离子体的理论与应用，既提出了存在的问题，又对今后的研究进行了展望。 《低温等离子体：等离子体的产生、工艺、问题及前景》可供低温等离子体领域的科研人员，等离子体化工设备的设计者、工程师以及相关专业的本科生和研究生参考。 图书目录译者序 前言 朱可夫传记 第一部分 关于朱可夫院士 第1章 人物、时代、事件 第2章 学生、同事及朋友对朱可夫的怀念 第二部分 低温等离子体发生器 第3章 等离子体发生器中紊流流动的一些理论问题 3.1 电弧紊流流动的层流化 3.2 自稳电弧长度的等离子体发生器理论 第4章 电弧等离子体发生器中阴极表面自稳定的数学模型 引言 4.1 数学模型 4.2 计算结果 结论 第5章 电弧等离子体阳极特性的数值分析 引言 5.1 模型 5.2 计算方法 5.3 阳极等离子体的计算特性 结论 第6章 在电弧放电阴极上的电流与传热 引言 6.1 热发射阴极在“反常发射”的工况下得到的一些基本实验规律 6.2 由金属向等离子体发射的电子、平衡的发射电流密度与电子的逸出功 6.3 在阴极上的最终电流密度 6.4 在热发射阴极上的能量平衡、近阴极的电位降 结论 第7章 水蒸气等离子体的电弧产生 7.1 水蒸气等离子体的“奇特性” 7.2 水蒸气等离子体电弧发生器的主要系统方案分析 7.3 水蒸气旋涡等离子体发生器的工作特性 7.4 气旋等离子体发生器的稳定工作条件 7.5 蒸汽旋涡等离子体发生器的动力特性总结 7.6 蒸汽等离子体的实际应用 结论 第8章 用于CF4的不同类型等离子体发生器的热性能和动力性能 8.1 直线等离子体发生器的研究 8.2 V形等离子体发生器的研究 第9章 高频放电等离子体物理的研究及其实际应用 9.1 高频放电等离子体物理 9.2 高频放电等离子体诊断及发生在等离子体中的过程 9.3 高频放电在实际中的应用 第10章 模拟氩硅烷高频等离子体的化学成分 结论 第11章 带超声速气流的辉光放电等离子体发生器 第三部分 等离子体工艺过程 第12章 富勒烯与低温等离子体 12.1 什么叫富勒烯的不长的历史 12.2 为什么富勒烯会引起这么大的兴趣 12.3 如何得到富勒烯 12.4 在电弧放电中富勒烯的形成 12.5 实验研究的结果 12.6 什么是含有富勒烯的炭灰 12.7 富勒烯生长过程的理论研究 第13章 利用等离子体发生器来研究超声速气流的控制 13.1 模型 13.2 等离子体发生器 13.3 实验结果 13.4 模型的跨声速绕流 13.5 实验方法 13.6 实验结果 13.7 测量结果的比较 13.8 实验结果与数值计算结果的比较 第14章 等离子体表面镀膜的成就 14.1 传统等离子体喷涂 14.2 空气等离子体喷涂 14.3 内部等离子体喷涂 14.4 超声速等离子体喷涂 14.5 多弧等离子体喷涂 结论 第15章 基于等离子体喷涂理论和模型实验的合金水滴热物理碰撞机制 引言 15.1 模拟物理的设备 15.2 形成金属氧化物“中间层”的理论基础 15.3 在金属基片上形成YSZ“中间层” 结论 第16章 合成与利用氮化硼领域中的新高潮 16.1 关于氮化硼的总论和在低压下合成立方氮化硼的相关问题 16.2 实验研究在立方氮化硼亚稳态合成基础上得到涂层 16.3 由硼混合物悬浮蒸气制成的氮化物膜化学涂层和碳氢化硼膜化学涂层 16.4 用B3N3H6热解氮化硼得到的气体涂层 16.5 俄罗斯学者在六方氮化硼工作中的重要贡献 16.6 作为合成硼化铝的材料是六方氮化硼 16.7 研究含硼体系的反应剂相互作用机制的结果 结论 第17章 加工碳氢化合物原料的等离子体化学工艺、有毒废物的无害化和利用 引言 17.1 加工含碳原料的等离子体化学过程的计算 17.2 由碳氢化合物原料得到乙炔 17.3 由煤生产乙炔 17.4 加工与利用化学生产过程中的废料 17.5 有毒的有机废物无害化 结论 第18章 对固体废物的等离子体热加工 引言 18.1 对火焰垃圾焚化工厂中形成的炉灰进行等离子体重熔 18.2 处理医用废物 18.3 用等离子体汽化处理环氧树脂废物 结论 第19章 在燃烧煤粉的汽化过程中利用等离子体动力工艺改善生态及经济指标 引言 19.1 等离子体动力工艺的基本原则和利用它改善燃料的性能 19.2 煤粉热电站所用等离子体燃料系统的实际方案 19.3 综合的等离子体汽化器是提高煤的活性和锅炉的生态指标的重要手段 19.4 等离子体汽化和综合加工动力煤 结论 第20章 煤的等离子体热化学准备工艺中分子动力学及热力学计算 引言 20.1 等离子体燃烧煤粉火炬稳定的计算 20.2 两级等离子体-煤喷嘴的计算 20.3 等离子体燃烧时的能耗和两级喷嘴中空气流量再分配的关系 20.4 煤的热化学准备过程的热力学特性计算 20.5 在煤热化学准备燃烧时计算等离子体发生器的比能耗与功率 结论 第21章 将等离子体燃烧系统应用于水煤燃料的燃烧 引言 21.1 点燃与燃烧水煤燃料的过程特性 21.2 在燃烧水煤时利用等离子体点燃系统 21.3 水煤的反应能力与燃烧稳定性 结论 第22章 借助等离子体化学产生纳米材料涂层的铸型和砂芯来提高铸件的品质 第23章 研究强脉冲高频场和金属及合金的相互作用 23.1 过程的模拟 23.2 过程的实验研究 第24章 等离子体发生器中圆柱阴极腐蚀的热机制 参考文献 结束语 |
| 随便看 |
百科全书收录4421916条中文百科知识，基本涵盖了大多数领域的百科知识，是一部内容开放、自由的电子版百科全书。