8-电晕及辉光放电等离子体技术与应用
等离子体应用技术
等离子体应用技术等离子体（Plasma）是一种高度激发的物质态，由相等数量的正离子和自由电子组成。
等离子体应用技术是指利用等离子体的性质和特点，在各个领域中进行应用的一项技术。
它不仅在科学研究和实验室中有广泛的应用，也在工业、能源、医疗等领域发挥着独特的作用。
本文将分析等离子体应用技术在不同领域中的应用情况，并探讨其潜在的未来发展前景。
一、工业应用1. 等离子体切割技术等离子体切割技术是一种高精度、高效率的金属切割方法。
通过在金属表面产生高能量的等离子体来融化和气化材料，实现金属的切割和雕刻。
这种技术在汽车制造、航空航天等工业领域有广泛的应用。
它不仅可以提高生产效率，还可以减少废料产生，降低能源消耗。
2. 等离子体喷涂技术等离子体喷涂技术是一种表面涂层处理方法。
通过将材料的粉末形式置于高能量等离子体中，使其在金属表面形成坚固的涂层。
这种涂层具有耐磨、耐腐蚀、绝缘等性能，可以用于改善材料的表面性能，延长使用寿命。
在航空航天、电子电器等领域，等离子体喷涂技术已被广泛应用。
二、能源应用1. 核聚变技术等离子体在能源领域中最具代表性的应用就是核聚变技术。
核聚变是指将两个轻核聚变成较重的核，释放出巨大的能量。
在核聚变反应中，需要使用等离子体维持高温和高压环境，这使得等离子体成为核聚变的理想燃料。
未来，核聚变技术有望成为一种清洁、高效的能源来源，解决人类能源需求和环境问题。
2. 太阳能利用太阳是一个由等离子体组成的巨大等离子体球体。
利用太阳等离子体的性质，可以实现太阳能的收集和利用。
目前，太阳能电池板是最常见的太阳能利用技术，它将光能转化为电能。
此外，等离子体的磁场控制技术也被用于太阳观测和太阳风预警等领域。
三、医疗应用1. 医疗灭菌等离子体可以产生高能量的电子，具有良好的杀菌和灭菌效果。
在医疗设备消毒和手术器械灭菌中，等离子体技术广泛应用。
相比传统的消毒方法，如高温蒸汽或化学消毒剂，等离子体灭菌具有更高的效率和更低的污染风险。
等离子体及辉光放电现象
等离子体的驱动——射频放电
高密度等离子体——high density Plasmas（HDP)
种子体
产生过程： 在反应器中引入磁场和/或电场，增加电子在 等离子体中的行程，使电子和原子之间的碰撞 频率增加，从而增加等离子体中基和离子的密 度，实现高密度等离子体。
HDP源包括： 螺旋等离子源 电感耦合等离子源 平面盘绕源
微电子加工领域，等离子体可以用交流信号驱 动，电源在射频的范围内，公认的频率为13.56MHz。
电容性放电等离子体是主要的等离子源。
辉光放电
低气压下的气体放电。放电管中的残余正离子在 极间电场的作用下被加速，于是得到足够的动能撞击 阴极而产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒 子，使得气体导电。因此放电管两极间所需电压较高， 一般都在10千伏以上，但辉光放电的电流很小，温度 不高，属于低温等离子体现象。
脉冲放电等离子体技术的应用
脉冲放电等离子体技术的应用随着科技的不断发展，高新技术的涌现不断给人们生产生活带来便利与创新。
而脉冲放电等离子体技术就是其中之一。
它是一种利用脉冲电场产生的电离子和反应物质之间的相互作用，而形成的复杂非平衡态等离子体体系。
这种技术在工农业生产领域中有着广泛应用，尤其是能源、汽车制造、环保、材料科学等领域。
下面，本文将结合实际应用，对脉冲放电等离子体技术的应用进行探讨。
一、脉冲放电等离子体技术在能源领域的应用脉冲放电等离子体技术在现代能源领域中常被用于提高化石燃料的利用效率以及降低以煤为主要燃料的工业排放。
例如，用脉冲放电等离子体技术对煤粉进行处理，可以抑制煤的结焦、硫分、氮分和灰分等含量的增加，从而提高烟气中二氧化碳的挥发速度，减少污染物的排放。
此外，脉冲放电等离子体技术还可以用于太阳能电池制造。
在太阳能电池中，脉冲电场通过离子轰击等方法可以优化太阳能电池的制造和转换效率，并增加其电功率输出。
这种技术在解决能源危机和推广清洁能源方面具有重要意义。
二、脉冲放电等离子体技术在汽车制造领域的应用作为现代化工生产的重要组成部分，汽车制造是人们生产和出行的常用方式，而脉冲放电等离子体技术在汽车制造领域的应用更是不可避免。
例如，利用脉冲放电等离子体技术可以加速汽车轮胎胶原材料与橡胶的交联反应，从而提高橡胶的强度、柔韧性和防老性能，减少轮胎磨损和碳排放。
此外，脉冲放电等离子体技术还可以用于汽车表面涂层的处理，提高汽车外部颜色、抗氧化性、抗腐蚀性和润滑性。
同时，在车身、制动器和发动机等部件的加工制造过程中，脉冲放电等离子体技术也有着广泛的应用，以提高加工精度和生产效率，降低能耗和物资浪费。
三、脉冲放电等离子体技术在环保和材料科学领域的应用脉冲放电等离子体技术在环保和材料科学领域的应用也十分重要。
例如，在垃圾处理中，脉冲放电等离子体技术可以加速垃圾氧化分解，降低其污染物的含量和毒性，进而达到环保目的。
在材料科学领域，脉冲放电等离子体技术也广泛应用于材料表面处理、材料改性、材料复合和化合物的合成等方面。
气体放电的主要形式
气体放电的主要形式一、电晕放电电晕放电是一种在电极周围形成辐射状光晕的放电形式。
当电压升高到电晕放电阈值时，电极周围的电场强度足够强，使电极附近的气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子通过碰撞和俘获电子的过程，导致电晕放电区域内的气体发光，形成光晕。
电晕放电常见于高压线路和电晕灯中，具有稳定性好、能耗低的特点。
二、辉光放电辉光放电是一种在电极附近形成均匀辉光的放电形式。
当电压升高到辉光放电阈值时，电极附近的电场强度足够强，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子经过长距离的自由运动后，与其他气体分子碰撞，再次激发和电离，最终导致整个放电区域内的气体发光。
辉光放电常见于荧光灯、气体放电显示器和气体激光器等装置中，具有均匀亮度和较高的放电稳定性。
三、电弧放电电弧放电是一种高能放电形式，具有强烈的光和热效应。
当电压升高到电弧放电阈值时，电极附近的电场强度足够大，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下，加速运动，形成电子和离子流，即电弧。
电弧放电常见于焊接、电弧灯和电弧炉等场合，具有高能量密度和高温度的特点。
四、等离子体放电等离子体放电是一种高度电离的气体放电形式，具有丰富的物理和化学特性。
当电压升高到等离子体放电阈值时，电极附近的电场强度足够大，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下，以及与其他等离子体粒子的碰撞，形成高度电离的等离子体。
等离子体放电广泛应用于等离子体显示器、等离子体喷涂和等离子体刻蚀等领域，具有可控性好和反应速度快的特点。
五、脉冲放电脉冲放电是一种以脉冲形式工作的放电形式，具有高能量和高频率的特点。
脉冲放电通常通过将高电压脉冲施加在电极上，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下，以及与其他气体分子的碰撞，形成脉冲放电。
脉冲放电广泛应用于等离子体切割、等离子体喷涂、光谱分析和生物医学领域，具有高精度和高效率的特点。
等离子体技术在各行业中的应用
等离子体技术在各行业中的应用摘要：随着科技的进步，等离子体技术得到了飞速的发展，同时也在各行业中得到了广泛的应用，且变得越来越重要。
本文对等离子体技术在各行各业中的应用进行了简要阐述，同时对一些应用中的存在的问题进行阐述和给出一些合理化建议。
关键词：等离子体；应用1 引言等离子体是物质的第四态，在等离子体空间里含有丰富的离子、电子、光子、激发态的原子、分子及自由基等极活泼的反应性物种。
自20世纪70年代初以来,人们基于对等离子体中各种粒子化学活性的控制和利用，深入地探索物质在等离子体态进行化学反应的特征和规律性。
同时在化学合成、薄膜制备、表面处理、军事科学、精细化学品加工及环境污染治理等诸多领域，在原有工艺技术基础上巧妙而有效地引入等离子体技术，促成了一系列工艺革新和巨大的技术进步。
1.1等离子体定义等离子体(Plasma)是物质的一种部分电离的状态，是气体在加热或强电磁场作用下电离而产生的，主要由电子、离子、原子、分子、活性自由基及射线等组成。
被称为继“固、液、气”三态以外的新的物质聚集态，即物质第四态，因其中的正电荷总数和负电荷总数在数值上总是相等的故称其为等离子体[1]。
宇宙中99．9％的物质处于等离子体状态。
对于自然界中的等离子体有太阳、电离层、极光、雷电以及满天星斗等。
在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊等等。
图1.1给出了主要类型的等离子体的密度和温度的数值。
从密度为106个粒子/m3稀薄星际等离子体到密度为1025个粒子/m3的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。
其温度范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108～109K[2]。
1.1 各种等离子体的密度和温度1.2等离子体的分类等离子体可分为热力学平衡状态等离子体和非热力学平衡状态等离子体。
当电子温度Te与离子温度Ti及中性粒子温度Tn接近相等时，等离子体处于热力学平衡状态，称之为平衡等离子体(equilibrium plasma)或者热等离子体(thermal plasma)。
等离子体及其在环境中的应用(共28张PPT)
正、负电晕放电随电压(diànyā)变化的图像
5 mm
精品资料
5 mm
介质阻挡 放电（ (zǔdǎng) DBD)
• 也叫无声放电。结合(jiéhé)了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压 条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度 均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成 火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
精品资料
精品资料
电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子(lízǐ)使得粒子荷电，并使荷电 粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的 装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
精品资料
精品资料
空气净化
精品资料
精品资料
臭氧 发生器 (chòuyǎng)
• 臭氧(chòuyǎng)是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存 储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧(chòuyǎng)易分解为氧， 不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧(chòuyǎng)的主要生产
精品资料
精品资料
Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
精品资料
高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
精品资料
辉光 放电 (huī ɡuānɡ)
一、等离子体基本原理
1.3.3 沙哈方程
中性气体到完全电离等离子体状态的转变可由沙哈方程来 描述：
nnen gi (2m he3 kT)322gg0i exp(ekE Ti )
式中：h-普朗克常量； T-三种粒子的共同热动力学温度； gi-原子的电离电位； g0-离子基态的统计权重； gi/g0-中性原子基态的统计权重，碱性金属等离子体的
++
Em—复合后该电子所处的能级
En hν=ΔE
Em
- εe
hν
+ Em
精品课件
轫致辐射
e
h e e
-
e
E -
hv
回旋辐射
eB/me
×××××××× B -
××××××hv ××
hv
××××××××
精品课件
1.3 等离子体特征量及等离子体判据
1.3.1 粒子密度和电离度
ne表示电子密度 ni表示离子密度 ng表示中性粒子密度 当ne= ni时，用n表示二者中任意一个带电粒子的密度， 简称为等离子体密度。 电离度α定义为
ne0 ni0 n0
当 ekT e1， ekT i <<1
，有
2n00e1keT een001ke Ti n0e02
1 kTe
k1Ti 1D 2
精品课件
等离子体的特征长度：德拜长度
一维模型（电极为无限大平板），解为：
x0ex D
德拜长度：
(x) 0
1/2
D ne00 e2 k1 T ek1 T i
精品课件
激光
精品课件
第一章 等离子体基本原理
1.1 等离子体概念：由大量的带电的正粒子、负粒子（其中包括正 离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体， 其中正电荷和负电荷电量相等，故称等离子体。
辉光放电的原理及应用
辉光放电的原理及应用1. 引言辉光放电是一种在气体或等离子体中产生可见光的放电现象。
它是一种非常有趣和重要的物理现象，在很多领域都得到了广泛的应用。
本文将介绍辉光放电的原理以及一些常见的应用。
2. 辉光放电的原理辉光放电的原理主要涉及气体分子或原子中的电子激发和退激发过程。
当外加电场作用下，电子获得足够的能量从基态跃迁到激发态，这个过程称为电子激发；而当电子从激发态跃迁回基态时，会释放出能量，在可见光范围产生辉光。
3. 辉光放电的应用3.1 发光装置辉光放电作为一种可见光源，在发光装置中有广泛的应用。
常见的例子包括荧光灯和氖气灯。
荧光灯中的辉光放电通过将电能转化为紫外光，然后由荧光粉转化为可见光。
氖气灯则直接利用氖气的辉光放电产生可见光。
这些发光装置在照明、显示技术等领域发挥着重要的作用。
3.2 电视和显示器在电视和显示器技术中，辉光放电也发挥着重要作用。
在阴极射线管（CRT）技术中，电子通过辉光放电在显像管内激发荧光物质，产生图像。
而在液晶显示器（LCD）技术中，背光源使用白磷辉光灯来提供光源。
3.3 激光器激光器是一种将电能转化为高纯度的单色光的装置，而辉光放电在激光器中也起到了关键的作用。
激光器中的氖气或二氧化碳气体通过辉光放电的方式被激发，产生高能量的光束。
激光器在医疗、通信、测量等领域都有广泛的应用。
3.4 等离子体处理等离子体处理是一种利用辉光放电中的等离子体来处理物体表面的技术。
通过调节辉光放电的参数，可以改变等离子体的性质，从而实现对材料表面的清洗、刻蚀和涂层等处理。
等离子体处理在半导体制造、涂装行业等领域有重要的应用。
3.5 科学研究由于辉光放电的特殊性质，它在科学研究中也得到了广泛的应用。
辉光放电可以用于气体成分的分析，例如质谱仪中的电离源。
它也可以用于材料表面的改性和表征，例如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）。
4. 结论辉光放电是一种重要且有趣的物理现象，其原理涉及电子激发和退激发过程。
辉光放电光谱技术
辉光放电光谱技术
辉光放电光谱技术是一种光谱分析方法，其原理是利用辉光放电产生的光来进行分析和测量。
辉光放电是低压放电的一种，放电产生的大量电子和亚稳态惰性气体原子与样品原子频繁碰撞，使样品得到极大的溅射和电离。
辉光放电光谱仪主要由辉光放电离子源和质谱分析器两部分组成。
辉光放电离子源利用惰性气体（一般是氩气，压强约10～100Pa）在上千伏特电压下电离产生的离子撞击样品表面使之发生溅射，溅射产生的样品原子扩散至等离子体中进一步离子化，进而被质谱分析器收集检测。
辉光放电光谱技术具有较高的灵敏度和较低的检测限，可以检测到低浓度的元素。
此外，该技术还可以用于研究材料的物理和化学性质，例如电子结构、化学键、分子结构等。
由于辉光放电光谱技术的这些优势，它已经被广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
辉光放电
低温等离子体什么是低温等离子体低温等离子体的产生方法低温等离子体的应用领域什么是低温等离子体？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。
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。
等离子体技术在环境保护中的应用
等离子体技术在环境保护中的应用一、等离子体介绍等离子体是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电性流体。
整个体系呈电中性,具有与一般气体不同的性质,容易受磁场、电场的影响,称为物质第四态。
它为化学反应提供必须的能量粒子和活性物种,在化学工业、材料工业、电子工业、机械工业、国防工业、生物医学和环境保护等方面有着广泛的应用。
当气体分子以一定的方式在外部激励源的电场被加速获能时,能量高于气体原子的电离电势时,电子与原子间的非弹性碰撞将导致电离而产生离子电子,当气体的电离率足够大时,中性粒子的物理性质开始退居次要地位。
整个系统受带电粒子的支配,此时电离的气体即为等离子体。
等离子体的分类方法有很多,根据温度和内部的热力学平衡性,可将等离子体分为平衡态等离子体和非平衡态等离子体。
在热力学平衡等离子体内,电子温度与离子温度相同,属于一个处于热力学平衡的整体,体系温度非常高,因此又称为高温等离子体。
最典型的例子是电感耦合等离子体(ICP)。
此外,在较高电压下的火花放电和弧光放电也能获得此类等离子体。
非平衡态等离子体内部的电子温度远远高于离子温度(电子温度可高达104K,而离子温度一般只有300～500K)系统处于热力学非平衡态,其表观温度较低,所以被称为低温等离子体。
此类等离子体通常可通过气体放电得到。
常见的有辉光放电,射频放电和微波放电等。
二、等离子体在环境保护中的应用2.1等离子体技术在大气污染治理中的应用2.1.1原理利用电子加速器产生高能电子束辐照需要治理的废气，使其产生活性物质（如OH，HO，O），促进分子间的化学反应。
活性粒子和气体分子碰撞，打开气2，从而将污染物氧体分子键，同时产生大量OH，HO2等自由基和氧化性极强的O3化，达到净化空气的效果。
2.1.2应用大气中的主要污染物有：总悬浮颗粒、飘尘、硫氧化物、氮氧化物、硫化氢、氨、碳氧化物和挥发性有机物（VOCs）等。
它们分别来自于生活污染源、工业污染源和交通污染源。
等离子体技术在工业研究中的应用
等离子体技术在工业研究中的应用等离子体技术是指高温等离子体在各种应用中所涉及的技术。
近年来，等离子体技术被广泛运用在工业研究中，其在材料加工、能源领域、电子游戏以及生物医学等方面表现出色。
在此，本文将重点探讨等离子体在工业研究中的应用。
一、材料加工等离子体在材料加工领域中的应用较为成熟，主要涵盖两个方面，即表面处理和切割。
表面处理主要指利用等离子体的化学反应和离子轰击对材料表面进行改性。
这种处理能够提高材料表面的附着性、耐磨性等性能。
切割则是指利用等离子体喷射的高能流对金属材料进行切割。
与传统的切割工艺相比，等离子体切割更安全、更可靠，且不会对环境造成污染。
目前，等离子体在汽车制造、航空航天、生物材料等领域的应用越来越广泛。
二、能源领域等离子体技术在能源领域中的应用主要涵盖等离子体聚变和等离子体发电两个方面。
等离子体聚变是指利用其高能碰撞实现可以释放大量能量的核聚变反应，同时释放出的能量不会产生二氧化碳等对环境有害的气体。
基于这一特点，等离子体聚变被誉为是清洁能源领域非常具有潜力的发展方向。
等离子体发电则是指将等离子体通过磁场等手段进行控制，最终将其转化为电能。
这种技术能够克服传统发电方式中的各种问题，如污染、燃料限制、能源浪费等。
目前，等离子体技术在能源领域中的研究尚处于探索阶段，但是其发展前景广阔。
三、电子游戏等离子体技术在电子游戏领域中的应用主要指等离子体显示技术。
传统的液晶显示器有许多缺陷和局限，如视角范围狭窄、对黑色的显示效果较差等，这些问题可以通过等离子体显示器得到有效解决。
等离子体显示器依靠等离子体放电的方式将气体电离，从而产生气体放电发光，其不同于液晶显示器的点阵式显示，而采用自发辐射的形式进行显示。
因此，等离子体显示器可以实现广泛的颜色显示，能够在宽阔的视角范围内获得高质量的显示效果。
四、生物医学等离子体技术在生物医学中的应用涉及到等离子体杀菌、等离子体生物检测等领域。
等离子体杀菌是指利用等离子体的化学反应和离子轰击对病菌进行杀灭的操作。
等离子体技术在纺织行业的应用及问题
等离子体技术在纺织印染业中的应用始于２ 世纪７ 年 ０ ０ 代， 我国从８ 年代开始将等离子体技术应用到纺织工业中。 ０
在纺 织 加工 过程 中， 离子体 可作 用于织前 的上浆 过程 ， 等 使
乎在各 个加工环 节均有 相关文献 报道 。 在一 些热 点领域 （ 如
涤纶亲水改性等） 国内外已有许多学者采用不同等离子体
进行 了系统 的研 究 ， 积累了大 量的 数据 ， 为等离子 体在 纺 织 印 染行业 的 推 广提 供 了重要 的 理论 基础 和 数据 支撑 。 中 其
一
纱线 上浆均 匀 ； 印染前处理 过程 中， 离子 体技 术 能够 优 在 等 化 织物 的退 浆 、 练 ， 精 提高 前处 理效率 ， 可以 改进 染色 和 还 印花 工艺 ， 工艺 高效 、 使 经济、 环保 ； 在后 整理 过程 中， 离 等 子 体 处理 对 织物抗 静 电性 、 抗起 毛起 球 性 、 易去 污性 、 水 拒
虽然 目前等 离子 体 技 术 已有很 多应用 ， 扩展 到 各个 领
域， 取得 了理想 的效 果 。 但是 在 纺织 印染 行业 ， 涉及 工业生
产的报 道较 少， 尤其 在 国内， 更是凤 毛嶙 角。
２ １ 国外应用情况 ．
１７年 ， 国Ｓ Ｃ （ ｒ ｃ ｃ ｖｔ ｎ ｏ ａｙ 公司与 ９３ 美 Ａ ｓ ｆ ｅａｔ ａ ｏ ｍｐｎ ） ｕａ ｉ ｉ ｃ
等离子体生 产线， 处理织物幅宽 １ 运行速度 ４．ｍｍ ｎ ．ｍ， ８ ５ ／ ｉ。 ７ 加 工产 品有舒适的吸湿眭， 还有防污和耐洗涤剂等性能。 俄 罗斯伊 万诺 夫 Ｎ ｅ ｍｉ 究院 在 １８ 年 研制 出工业 ｉｋ 研 ９６ 化的等 离子体 设备Ｕ Ｃ Ｐ Ｈ一１０ 据称 加 工幅宽 为 １ 车 ４， ．ｍ， ４
等离子体的应用
八、常见故障及解决办法
真空计指示不正常。 可能原因：规管或传感器上的输出线脱落或松脱，规管或传感器内进油被 污染。 处理办法： 检查接线， 如进油， 将规管或传感器撤下用乙醇溶液小心清洗， 并风干。
7
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
九、装箱清单
五、设备安装及调试
1、安装环境要求 1） 、电源： AC220V，50Hz,最大功率 1.5KW 2） 、温度、湿度、气源及冷却水：应保障设备工作稳定正常 3） 、安装室：室内整洁，空气流通，无尘埃。 4） 、接地线：室内具有独立接地线＜3Ω
5
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
七、设备维护
1、定期更换冷却水，清洗冷却水箱，保证循环水系统的正常工作。 2、在放电管壁受到污染时及时打开真空反应室，清洁放电管管壁（避免用 尖锐物体划伤放电管内壁） 。
6
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
3、所有电气旋钮及开关状态在使用前一定要确认是否在“原始”状态。 4、真空系统维护： 1） 、注意真空泵换油； 2） 、注意反应室及管道清洁； 3） 、注意密封面清洁； 4） 、真空系统停机前先关真空计电源，然后再进行其它操作 5） 、实验结束后将真空室报空。
等离子体技术是一个关系国家能源环境国防安全的重要技术在国内关于等离子体技术的研究和教学远远落后于等离子体技术在工程中的应用具体体现在很多领域如微电子光学镀膜等领域引进的具有上世纪90年代国际先进水平的生产线大量使用了等离子体技术但高等理工学校在人才培养环节中却缺乏关于等离子体理论和实践方面的训练造成这一现象的主要原因在于等离子体设备价格昂贵国内生产的等离子体设备通常是科研院所从开展科学研究的角度开发的价格一般在15200万元而同类进口设备的价格是国产设备价格的10倍因此目前各高等学校的等离子体装置只用于研究和研究生教学本科生基本上没有机会得到关于等离子体技术应用方面的训练
等离子体技术在化工中的应用
图 1 氮化铝的扫描电镜分析
表面改性
科学技术和现代工业的发展 , 对材料表面的摩 擦、 磨损、 抗腐蚀和光学性能等性能的特殊要求, 促 进了整个材料表面改性技术的发展与进步。经过等
388
化
学
工
业
与
工
程
2005 年 9 月
离子体处理的材料可以获得持久的表面改性 , 可提 高材料的粘附性、 吸湿性、 吸附性、 导电性和生物相 容性等
丽 , 印永祥 , 戴晓雁
1, 2
2
2
( 1. 宜宾 学院 , 四川 宜宾 644007; 2. 四川大学化工学院 , 四川 成都 610065)
摘要 : 等离子体技术以其非常规的手段运用到化工中 , 给整个化工带来了新的生机 。从等离子体 的基本特性出发 , 综述了低温等离子体技术在超细粉体制备、 表面改性 、 基础化工原料制备、 催化 反应 、 聚合和引发聚合、 膜技术领域 、 分析化学 、三废处理 等方面的应用及最新发展, 并展望了等 离子体化工的发展前景。 关键词: 等离子体; 超细粉 ; 表面改性; 催化; 应用 中图分类号 : TQ039 文献标识码 : A
4
应用的等 离子体技术 DC, MC DC, RF, HF DC, MC DC DC RF,MC MC DC MC MC MC DC, MC DC, MC
平均粒径 m 0 05~ 0 10 < 0 10 < 0 05 < 0 10 0 05~ 0 10 < 0 05 < 0 03 0 05~ 0 10 < 0 01 < 0 02 < 0 02 < 0 01 < 0 01
本实验室
以铝粉为原料 , 采用直流电弧等离
等离子体除臭技术及其应用
等离子体除臭技术及其应用[摘要] 恶臭污染对人类生活的影响日益加剧，治理问题成为一项重要的任务。
本文介绍了恶臭污染的分类和来源、传统的除臭方法以及这些方法存在的电源制备复杂，电极易腐蚀，能耗高，效率低，无法有效处理低浓度、大气量污染物等缺点，并对电子束照射法、介质阻挡放电、电晕放电、微波放电等离子体技术治理恶臭污染的研究进展做了阐述，同时指出了利用等离子体治理恶臭污染存在的主要问题及微波等离子体技术必将成为今后等离子体技术的主要发展方向，应用前景十分广阔。
[关键词] 恶臭污染微波等离子体废气治理0.引言随着人们生活水准的提高，公众对提高环境质量的要求也日益增强，人们对大气环境质量提出了更高的要求，对因恶臭（指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质[1]）所带来的污染也更加敏感，恶臭污染已成为当前我国城镇居民投诉最强烈的环境问题之一。
恶臭是一种感觉公害，既污染环境，又危害人类健康。
现在恶臭污染已被许多国家认定为仅次于噪声的七大公害之一[2]（大气污染、水质污染、土壤污染、噪声、振动、土地下沉、恶臭）。
1.恶臭气体的组成及危害恶臭污染的来源十分广泛，如化工厂、农药厂、橡胶厂、炼油厂、造纸厂、污水处理厂、垃圾场等。
恶臭气体从其组成可分为五类[3]：一是含硫化合物，如硫化氢、硫醇类、硫醚类等；二是含氮的化合物，如氨、胺类、酰胺、吲哚类等；三是卤素及其衍生物，如氯气、卤代烃等；四是烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等；五是含氧的有机物，如酚、醇、醛、酮、有机酸等。
恶臭污染对人体的危害不容忽视。
其对人体的危害主要体现在：它不仅危害人体的呼吸、循环、消化、内分泌系统，甚至还会危及到人的神经系统，对人的精神产生不良影响[3]。
人对臭味总是很敏感的，对于某些气体甚至十亿分之一的浓度也能被人体感知。
所以只要有微量的恶臭物质进入环境，就会使人感到不适，出现头痛、头昏、恶心、呕吐、食欲不振、精神不集中，并影响睡眠，甚至影响人们的正常生活。
等离子体技术
等 离 子 体 对 棉 的 反 应
•
棉纤维用低温等离子体处理后，可改善 其粘合性、接枝聚合性及染色性能。原棉纤 维在经低温氧等离子体处理时，等离子体中 大量基态氧和激发态氧原子等活性粒子将能 量传递给棉纤维表面初生胞壁中的分子，使 棉纤维表面的伴生物蜡脂、果胶在高能粒子 轰击下脱离表面，引起失重．并在棉纤维表 面留下许多深浅不同的凹坑，引起棉纤维的 表面刻蚀。同时，大量氧活性粒子能使棉纤 维表面氧化、接枝，从而使棉纤维吸水性增 强。尺寸稳定性等许多方面能获得不同程度 的改善。
1973年，美国SAC(surface activation company)公司与 United Dye Works最先合作开 发了_一条用于涤纶织物加工的 等离子体生产线， 处理织物幅宽1．8 m，运行速度45．7 m／min。 加工产品有舒适的吸湿眭，还有防污和耐洗涤剂 等性能。 比利时Europlasma公司自1994年开始生产 纺织工业用 低压等离子体设备，工作幅宽40～ 180 cm。上海某电子元 件公司、东华大学国家 染整工程技术中心、中国纺织科学研 究院先后购 买了该等离子体处理设备，取得了理想的成效。
等 离 子 体 接 枝 聚 合 有 四 种 方 法 ：
♥♥ 等离子体表面处理后，隔绝空气，直接与气相单体 反应，并称为气相一气相接枝处理；
♥♥ 经等离子体表面处理后，隔绝空气，直接与液相或 溶液状单体反应，并称为气相一脱气液相接枝处理； ♥♥ 经等离子体表面处理后，置于空气中，使聚合物表 面的自由基与氧反应生成过氧化物活性基，然后与液相 或溶液状单体反应，按氧化接枝聚合历程开始接枝聚合， 并称为气相一常压液相接枝处理； ♥♥ 用低挥发性单体（液体或溶液）浸渍或浸轧聚合物 （例如纤维或织物）后，再经等离子体处理，引发单体 与聚合物间的接枝聚合反应，即预处理接枝处理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
出气口
暗放电
辉光放电
汤森区
VB
电晕
击穿电压
弧光放电
电压 /Ｖ
H
辉光到弧光
的跃变 I
V<1/I
饱和区
10-10
本底电离
10-8
10-6
G
正常 辉光
异常 辉光
10-4 10-2 电流I/A
Themal J 1 100
气体放电伏安特性曲线
K 1000
正电晕
直流电晕
根据放电产生电晕的
负电晕
电源来源和频率可分为 交流电晕
nie2
1
)2
0kTe 0kTi
不加磁场前
正柱区有周期性 明暗变化
8.2 等离子体鞘层效应
❖ 8.2.1 等离子体鞘层效应
（1）鞘层模型
当等离子体空间遇到固体（电极、反应器壁、催 化剂等）时，会在固体表面产生电荷积累，形成等 离子体鞘层。
当等离子体电位高于固体电位时，在固体电位 附近吸引正离子形成了离子包围的电荷层，称为离 子鞘；反之，等离子体电位低于固体电位时，在固 体电位附近吸引电子排斥离子，形成电子包围的电 荷层，称为电子鞘。
-
XS
（2）鞘层厚度
Xs
( 0 kTi
1
)2
ni e 2
在冷等离子体中，Te》Ti，因此鞘层的有效厚度为
V0
1 2
kTe e
ln(miTe meTi
)
表明固体鞘层厚度随离子温度上升而增加，随等离子体内 离子密度增加而减小。
（3）固体表面电位
上式表明，固体表面为负电位，电位绝对值 随电子温度增加而上升，随离子温度增加而 下降。在冷等离子体中，电子温度与离子温 度的非平衡性，使得固体表面具有较大的负 电位。
根据能量提供方式，金属中电子发射可分为以下 几种情况：
高温导致的热电子发射； 强电场导致的场致发射； 光照导致的光致发射； 电子撞击产生的次级电子发射； 金属表面力学作用（摩擦、形变等）或化学反应
导致的自由电子发射
❖ 8.1.2 辉光放电
暗放电
汤森区
VB
电晕
辉光放电 击穿电压
弧光放电
电压 /Ｖ
H
高频电晕
爆发式脉冲电晕 电晕放电类型 流注电晕
辉光电晕 特里切尔电晕
❖ 正负电晕的形成机理
➢ 负电晕的形成机理——场生雪崩放电理论：
针状阴极电晕发光区内存在较强烈的电离与激发， 电流密度大，在负电晕的外围只存在单一的带负电 的粒子。
➢ 正电晕的形成机理——流光理论：
一旦产生正电晕放电，电晕层内强电场中激发粒 子的光辐射产生电子即光致电离，所形成的电子在 电晕层中引起雪崩放电，产生大量激发和电离，最 后电子被阳极收集，正离子经过电晕层，进入电晕 外围向阴极迁移。
8 电晕和辉光放电等 离子体技术与应用
8.1 电晕和辉光放电等离子体机理分
❖ 8.1.1 电晕放电
进气口
针电极
等离子体区 催化剂 平板电极
析
❖ 电晕放电常采用非对称 电极（如针-板电极、 针-针电极等），在电 极曲率半径小的地方电 场强度特别高，容易形 成电子发射和气体电离， 可在常压条件下形成电 晕。
d= 155mm,P=40Pa 实验中观察到的各
暗区
区分布图 阳极 辉区
正柱 区
阴极 辉区
阿斯顿
阳极暗区和负极辉光区在实验中并没有
暗区
观测到; 电压增大，正柱区长度减小
正柱区一端是半球体，可能是未电离的氩气流动对辉
光放电的影响
一些情况下的辉光图片
对于外加磁场等离子体辉光现象的 描述
Xs(nee2
通常，等离子体鞘层与等离子体之间有一段准 中性等离子体过渡区。
❖ 表征固体表面等离子
体鞘层特征的重要参
-
固体-
等离子体鞘层
Ni(X)>ne(X) V(x)<0
等离子体 ni≈ne V(x)≈0
V0
数包括：
鞘层的厚度XS、 固体表面电位V0、 鞘层电子密度ne、
- V0 -
离子密度ni、 电位梯度V(x)等
A谱线的跃迁概率 g能级的统计权重 ImNaoge自发跃迁辐射的频率
（2）谱线宽度诊断电子浓度
当电子浓度在（1020m-3 ，1024m-3 ）利用谱线的斯塔克 展宽决定等离子体的带电粒子浓度，此时只需测量 相对谱线线形和线宽；
当电子浓度在大于1024m-3 时，使用标准的分光计和单
色仪就可以。
❖ （2）电源输入功率的影响
❖ A在同样的电极、流率、空时下电源输入功率逐渐 增大，电场输入功率随之增大，甲烷的转化率和碳 二烃的收率也随之增大，但碳二烃的选择性降低， 此结果从另一个角度证明了在大流量操作时仍需控 制适宜的电源输入功率。
8.3.4 等离子体甲烷常压偶联反应的 光谱分析
❖ 等离子体发光谱线：从可见光到紫外线，甚 至X射线，都是由于等离子体中存在大量各 种形式的激发态粒子的运动引起的。
➢ C混合气体的击穿电压与原料中CH4/CO2比值有关，除 纯气体放电外，一般比值小的混合气击穿电压较高，比 值一定时，负电晕比正电晕较易发生击穿。
➢ D反应体系温度升高，击穿电压稍有降低但变化不明显。 击穿电压主要与放电气体的介质性质、等离子体的电场 条件，如放电电压、放电类型和电极形状有关。
❖ （2）能量密度对反应的影响
❖ 低温等离子体的辐射主要由退激发辐射、复 合辐射和轫致辐射构成。
❖ 等离子体辐射的光谱既有连续光谱，也有线 光谱。
❖ （1）等离子体甲烷常压偶联光谱诊断
2 CH4
1 1 2
反 应
器色 谱 仪
交流高压 发生器
H2
1-质量流量计
2-压力表
（2）光谱诊断常压辉光放电特征参 数
❖ （1）谱线强度诊断电子温度 两条谱线强度之比为
（4）鞘层效应对催化剂功能的影响
❖ 电晕等离子体中的催化剂表面将形成鞘层， 具有负电位，假如在甲烷冷等离子体中，平 均电子温度为6.0eV，平均离子温度为1/30eV 时，催化剂表面的电位约为33eV。该电位会 影响催化剂表面的特征（如金属催化剂表面 电子功函数），导致催化性能改变。
8.3 电晕和辉光放电等离子体技术在 化工中的应用——甲烷和二氧化碳制
❖ （1）常压辉光放电旋转电场等离子体甲烷常
压偶联制碳二烃 电
极
连
进气口
杆
多尖端金属 旋转电极
筒形电极
出气口
❖ 辉光放电实验流程
数字示波器
2
CH4
2 H2
1
反
1应
高压探头
器色
谱
仪 交流高压
r=1KΩ发生器
mV
1-质量流量计 2-压力表
（2）旋转电场常压CH4+H2放电特性
❖ （1）电压波形和电场放电的伏安特性
❖ A电压波形：随电源输入功率由小到大而出峰数逐 渐增多，表面输入能量增大时放电次数增多，而且 随电源输入功率的提高，电场输入功率增大，说明 由于输入能量的增加可以增大气体的电离度，从而 使放电电流增加。
❖ B随电源输入功率的提高，电压从上升经过最高点 后下降，这意味着辉光放电开始由异常辉光向弧光 放电转化。
辉光到弧光的跃变
I V<1/I
饱和区
10-10
G
本底电离
正常 辉光
异常 Themal J 辉光
10-8
10-6 10-4 10-2
1
100
电流I/A 气体放电伏安特性曲线
K 1000
DH2005型直流辉光放电等离子体装置： 阳极放电管阴极
双探针 螺母，旋开后 可调节极距
等离子体辉光放法电拉的第 唯相结构
合成气、甲烷偶联制碳二烃
❖ 8.3.1 利用电晕放电冷等离子体技术，甲烷和二氧化 碳制合成气
（1）CH4-CO2反应体系的热力学分析 CH4+CO2——2CO+2H2 CO2+H2——CO+H2O 2CH4——C2H2+3H2 C2H2——2C+H2 CH4+4H2——CH4+2H2O 2CO——C+CO2 CH4——2C+2H2
❖ （4）能量效率分析
➢ 各种电晕放电反应的能量效率接近，均随体系能量 密度的增加而下降。
8.3.2 非对称电极电晕放电场的能量 分布
❖ 通常计算电场能量分布的方法有：有限元法、 模拟电荷法、矩量法。
❖ 模拟电荷法结果:
在等离子体区轴中心，越接近上电极尖端， 电位越高，相应的电场强度越大。
8.3.3 常压辉光放电甲烷偶联制碳二 烃
➢ D反应产物的H2/CO值随能量密度的增加先下降， 然后上升
➢ E随能量密度增加，反应体系易于产生C2H2、积炭 等物质。
❖ （3）原料配比对反应的影响
➢ 当能量密度一定时，随原料中CH4的增加， CH4和 CO2的转化率同时提高。其中CO2的转化率随CH4 /CO2比值变化较大，在高比值时， CO2的转化率超 过CH4的转化率。
❖ （2）甲烷和二氧化碳制合成气实验
皂沫
流量
1
反计
1应
气相色谱仪器冷源自四级质谱仪CH4阱
热电偶 CO2
多功能等离 子体发生器
1-质量流量计及控制仪
（3）电晕放电结果分析
❖ （1）电晕放电反应的伏安特性
➢ A电晕放电电流大小由放电电压决定，其值随放电电压 的增加而上升
➢ B电晕放电类型不同，击穿电压不同。正电晕的击穿电 压最大，负电晕次之，交流电晕的击穿电压值最小。
➢ A随反应体系能量密度的增强，CH4和CO2的转化增 大，但在高能量密度处增加速度放缓
➢ B电晕放电类型不同反应的转化率不同。正电晕的 始终高于负电晕，反应物转化在能量密度较低时， 正电晕>交流电晕>负电晕，能量密度较高时，正电 晕>负电晕>交流电晕。