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

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。