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等离子技术与应用

什么是等离子体

[所属分类:等离子技术与应用] [发布时间:2016-8-26] [发布人:管理员] [阅读次数:] [返回]
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      等离子体是由带正电的正粒子、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,其中正电菏和负电菏电量相等故称等离子体,是除固态、液态、气态之外物质存在的第四态-等离子态。
  在茫茫宇宙中有99%的物质都呈等离子态存在,然而在人类居住的地球上很少看到自然界的等离子体现象,这是因为地球是一个“冷星球”,加之高密度的大气层导致等离子体很难稳定存在,所以通常要采用人工方法产生等离子体。
  等离子体分类
 1.按存在分类
(1)天然等离子体  由自然界发生及宇宙中存在的等离子体。如闪电、北极光及太阳、恒星星系、星云等。
(2)人工等离子体  由人工通过外加能量激发电离物质形成的等离子体。如日光灯、霓虹灯、气体激光器等。
2.按粒子密度分类
(1)致密等离子体(或常压等离子体)   如大气电弧放电
(2)稀薄等离子体(或低压等离子体)   如真空辉光放电
3.按热力学平衡分类
(1)完全热力学平衡等离子体 
    也称高温等离子体,此类等离子体中电子温度、离子温度及气体温度完全一致,如太阳内部、核聚变和激光聚变等。 
(2)局部热力学平衡等离子体 
    也称热等离子体,如等离子切割、等离子喷涂、等离体废弃物焚烧等
(3)非热力学平衡等离子体 
      也称冷等离子体或低温等离子体,此类等离子体内部电子温度很高,可达到上万开尔文,而离子及气体温度接近常温,从而形成热力学上的非平衡性。如电晕放电、辉光放电、火花放电、介质阻挡放电、滑动弧光放电、射频等离子体及微波等离子体等。目前已成熟应用于工业领域有低温等离子清洗技术、等离子表面处理技术、等离子灭菌技术等......
   
等离子体应用领域
  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。