完整版低溫等離子體

1、什么是低溫等離子體？ 冰升溫至0會(huì)變成水，如繼續(xù)使溫度升至100，那么水就會(huì)沸騰成為水蒸氣。隨著溫度的上升，物質(zhì)的存在狀態(tài)一般會(huì)呈現(xiàn)出固態(tài)液態(tài)氣態(tài)三種物態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，我們把這三種基本形態(tài)稱為物質(zhì)的三態(tài)。那么對(duì)于氣態(tài)物質(zhì)，溫度升至幾千度時(shí)，將會(huì)有什么新變化呢? 由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，相互間的碰撞就會(huì)使氣體分子產(chǎn)生電離，這樣物質(zhì)就變成由自由運(yùn)動(dòng)并相互作用的正離子和電子組成的混合物（蠟燭的火焰就處于這種狀態(tài)）。我們把物質(zhì)的這種存在狀態(tài)稱為物質(zhì)的第四態(tài)，即等離子體(plasma)。因?yàn)殡婋x過(guò)程中正離子和電子總是成對(duì)出現(xiàn)，所以等離子體中正離子和電子的總數(shù)大致相等，總體來(lái)看為準(zhǔn)電中性。反過(guò)來(lái)，我們可以把

2、等離子體定義為：正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。 從剛才提到的微弱的蠟燭火焰，我們可以看到等離子體的存在，而夜空中的滿天星斗又都是高溫的完全電離等離子體。據(jù)印度天體物理學(xué)家沙哈(MSaha，1893-1956)的計(jì)算，宇宙中的99.9%的物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)。而我們居住的地球倒是例外的溫度較低的星球。此外，對(duì)于自然界中的等離子體，我們還可以列舉太陽(yáng)、電離層、極光、雷電等。在人工生成等離子體的方法中，氣體放電法比加熱的辦法更加簡(jiǎn)便高效，諸如熒光燈、霓虹燈、電弧焊、電暈放電等等。在自然和人工生成的各種主要類型的等離子體的密度和溫度的數(shù)值，其密度為10（單6位：個(gè)m）的稀薄星際等離子體到密度為

3、10的電弧放電等離子體，跨越近20253個(gè)數(shù)量級(jí)。其溫度分布范圍則從100K的低溫到超高溫核聚變等離子體的10-10K98（1-10億度）。 溫度軸的單位eV(electron volt)是等離子體領(lǐng)域中常用的溫度單位，1eV=11600K。 通常，等離子體中存在電子、正離子和中性粒子(包括不帶電荷的粒子如原子或分子以及原子團(tuán))等三種粒子。設(shè)它們的密度分別為ne,ni,nn，由于準(zhǔn)電中性，所以電離前氣體分子密度為nenn。于是，我們定義電離度=ne/(ne+nn)，以此來(lái)衡量等離子體的電離程度。日冕、核聚變中的高溫等離子體的電離度都是100%，像這樣=1的等離子體稱為完全電離等離子體。電離度大

4、于1%(10)-2的稱為強(qiáng)電離等離子體，像火焰中的等離子體大部分是中性粒子(Ti , TeTn。我們把這樣的等離子體稱為低溫等離子體(cold plasma)。當(dāng)然，即使是在高氣壓下，低溫等離子體還可以通過(guò)不產(chǎn)生熱效應(yīng)的短脈沖放電模式即電暈放電（corona discharge)或電弧滑動(dòng)噴射式放電來(lái)生成。大氣壓下的輝光放電技術(shù)目前也已成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)。可產(chǎn)生大氣壓非平衡態(tài)等離子體的機(jī)理尚不清楚，在高氣壓下等離子體的輸運(yùn)特性的研究也剛剛起步，現(xiàn)已形成新的研究熱點(diǎn)。 低溫等離子體的產(chǎn)生方法 1. 輝光放電 2. 電暈放電 3. 介質(zhì)阻擋放電 4. 射頻電暈放電 5. 滑動(dòng)電弧放電 大氣壓輝

5、光放電技術(shù) 6.次大氣壓輝光放電技術(shù) 7. 輝光放電(Glow Discharge) 輝光放電屬于低氣壓放電(low pressure discharge)，工作壓力一般都低于10mbar，其構(gòu)造是在封閉的容器內(nèi)放置兩個(gè)平行的電極板，利用電子將中性原子和分子激發(fā)，當(dāng)粒子由激發(fā)態(tài)(excited state)降回至基態(tài)(ground state)時(shí)會(huì)以光的形式釋放出能量。電源可以為直流電源也可以是交流電源。每種氣體都有其典型的輝光放電顏色(如下表所示)，熒光燈的發(fā)光即為輝光放電。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)若發(fā)現(xiàn)等離子的顏色有誤，通常代表氣體的純度有問(wèn)題，一般為漏氣所至。工業(yè)應(yīng)用難但因其受低氣壓的限制，輝光放電

6、是化學(xué)等離子體實(shí)驗(yàn)的重要工具，目前的應(yīng)用范圍于連續(xù)化生產(chǎn)且應(yīng)用成本高昂，而無(wú)法廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造中。 僅局限于實(shí)驗(yàn)室、燈光照明產(chǎn)品和半導(dǎo)體工業(yè)等。 部分氣體輝光放電的顏色 Positive ColumnNegative GlowGasCathode LayerHe red pink Red-pink red-brown orange Ne (neon) yellow dark-red pink Ar dark-blue blue-purple - green Kr white-green - Xe orange-green pink Hthin-blue red-brown 2red-yell

7、ow blue pink N2red-yellow yellow-white Ored 2red-yellow pink Air blue 部分氣體的輝光放電實(shí)例 電暈放電(Corona Discharge) 輝光放電只能在低氣壓下工作，而電暈放電可以在大氣壓下工作，但需要足夠高的電壓以增加電暈部位的電場(chǎng)。一般在高壓和強(qiáng)電場(chǎng)的工作條件下，不 容易獲得穩(wěn)定的電暈放電，亦容易產(chǎn)生局部的電弧放電(asymmetric)。為提高穩(wěn)定性可將反應(yīng)器做成非對(duì)稱(arc)電暈放電反應(yīng)器的設(shè)計(jì)主要參考電源的性質(zhì)而有所（如下圖所示）。的電極形式電暈放電。由于電corona)(DC corona)和脈沖式(puls

8、ed 不同，有直流電暈放電 能量低、放電的能量不均勻，通常應(yīng)用范圍僅局限于實(shí)驗(yàn)室。暈放電的范圍小、 介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 介質(zhì)阻擋放電(DBD)是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種非平衡態(tài)氣體放電又稱介質(zhì)阻擋電暈放電或無(wú)聲放電。介質(zhì)阻擋放電能夠在高氣壓和很寬的頻率范圍內(nèi)工作，通常的工作氣壓為1010。電源頻率可從50Hz至1MHz。電極結(jié)64構(gòu)的設(shè)計(jì)形式多種多樣。在兩個(gè)放電電極之間充滿某種工作氣體,并將其中一個(gè)或兩個(gè)電極用絕緣介質(zhì)覆蓋,也可以將介質(zhì)直接懸掛在放電空間或采用顆粒狀的介質(zhì)填充其中，當(dāng)兩電極間施加足夠高的交流電壓時(shí)，電極間的氣體

9、會(huì)被擊穿而產(chǎn)生放電，即產(chǎn)生了介質(zhì)阻擋放電。在實(shí)際應(yīng)用中，管線式的電極結(jié)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用于各種化學(xué)反應(yīng)器中，而平板式電極結(jié)構(gòu)則被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)中的高分子和金屬薄膜及板材的改性、接枝、表面張力的提高、清洗和親水改性中。 常用結(jié)構(gòu)(DBD)介質(zhì)阻擋放電 介質(zhì)阻擋放電通常是由正弦波型(sinusoidal)、交流(alternating current, AC)和高壓電源驅(qū)動(dòng)，隨著供給電壓的升高，系統(tǒng)中反應(yīng)氣體的狀態(tài)會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段的變化，即會(huì)由絕緣狀態(tài)(insulation)逐漸至擊穿(breakdown)最后發(fā)生放電。當(dāng)供給的電壓比較低時(shí)，雖然有些氣體會(huì)有一些電離和游離擴(kuò)散，但因含量太少電流太小，不

10、足以使反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氣體出現(xiàn)等離子體反應(yīng)，此時(shí)的電流為零。隨著供給電壓的逐漸提高，反應(yīng)區(qū)域中的電子也隨之增加，但未達(dá)到反應(yīng)氣體的擊穿電壓(breakdown voltage; avalanche voltage)時(shí)，兩電極間的電場(chǎng)比較低無(wú)法提供電子足夠的能量使氣體分子進(jìn)行非彈性碰撞，缺乏非彈性碰撞的結(jié)果導(dǎo)致電子數(shù)不能大量增加，因此，反應(yīng)氣體仍然為絕緣狀態(tài)，無(wú)法產(chǎn)生放電，此時(shí)的電流隨著電極施加的電壓提高而略有增加，但幾乎為零。若繼續(xù)提高供給電壓，當(dāng)兩電極間的電場(chǎng)大到足夠使氣體分子進(jìn)行非彈性碰撞時(shí)，氣體將因?yàn)殡x子化的非彈性碰撞而大量增加，當(dāng)空間中的電子密度高于一臨界值時(shí)及帕邢(Paschen)擊穿電壓

11、時(shí)，便產(chǎn)生許多微放電絲(microdischarge)導(dǎo)通在兩極之間，同時(shí)系統(tǒng)中可明顯觀察到發(fā)光(luminous)的現(xiàn)象此時(shí)，電流會(huì)隨著施加的電壓提高而迅速增加。 在介質(zhì)阻擋放電中，當(dāng)擊穿電壓超過(guò)帕邢(Paschen)擊穿電壓時(shí)，大量隨機(jī)分布的微放電就會(huì)出現(xiàn)在間隙中，這種放電的外觀特征遠(yuǎn)看貌似低氣壓下的輝光放電，發(fā)出接近蘭色的光。近看，則由大量呈現(xiàn)細(xì)絲狀的細(xì)微快脈沖放電構(gòu)成。只要電極間的氣隙均勻，則放電是均勻、漫散和穩(wěn)定的。這些微放電是由大量快脈沖電流細(xì)絲組成，而每個(gè)電流細(xì)絲在放電空間和時(shí)間上都是無(wú)規(guī)則分布的，放電通道基本為圓柱狀，其半徑約為0.10.3mm，放電持續(xù)時(shí)間極短，約為10100

12、ns，但電流密度卻可高達(dá)0.11kA/cm，每個(gè)電流細(xì)絲就是一個(gè)微放電，2在介質(zhì)表面上擴(kuò)散成表面放電，并呈現(xiàn)為明亮的斑點(diǎn)。這些宏觀特征會(huì)隨著電極間所加的功率、頻率和介質(zhì)的不同而有所改變。如用雙介質(zhì)并施加足夠的功率時(shí)，電暈放電會(huì)表現(xiàn)出無(wú)絲狀、均勻的蘭色放電，看上去像輝光放電但卻不是輝光放電。這種宏觀效應(yīng)可通過(guò)透明電極或電極間的氣隙直接在實(shí)驗(yàn)中觀察到。 雖然介質(zhì)阻擋放電已被開發(fā)和廣泛的應(yīng)用，可對(duì)它的理論研究還只是近20年來(lái)的事，而且僅限于對(duì)微放電或?qū)φ麄€(gè)放電過(guò)程某個(gè)局部進(jìn)行較為詳盡的討論，并沒(méi)有一種能夠適用于各種情況DBD的理論。其原因在于各種DBD的工作條件大不相同，且放電過(guò)程中既有物理過(guò)程，又

13、有化學(xué)過(guò)程，相互影響，從最終結(jié)果很難斷定中間發(fā)生的具體過(guò)程。 由于DBD在產(chǎn)生的放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的自由基和準(zhǔn)分子，如OH、O、NO分子或其它自由基發(fā)生反應(yīng)很容易和其它原子、它們的化學(xué)性質(zhì)非常活躍，等，在環(huán)保而形成穩(wěn)定的原子或分子。因而可利用這些自由基的特性來(lái)處理VOCs它們能發(fā)射窄利用DBD可制成準(zhǔn)分子輻射光源，方面也有很重要的價(jià)值。另外，帶輻射，其波長(zhǎng)覆蓋紅外、紫外和可見(jiàn)光等光譜區(qū)，且不產(chǎn)生輻射的自吸收，它采用管線式的電極結(jié)構(gòu)在DBD電極結(jié)構(gòu)中，是一種高效率、高強(qiáng)度的單色光源。 DBD的研究與應(yīng)用。還可制成臭氧O發(fā)生器。現(xiàn)在人們已越來(lái)越重視對(duì)3 實(shí)例介質(zhì)阻擋放電(DBD) (kV/mm)

14、介電系數(shù) 物 質(zhì)絕緣強(qiáng)度Infinity 1.00000 Vacuum 0.8 1.00054 Air 90 2.7 Amber 12 4.8 Bakelite 8 3.8 Fused Quartz 12 6.9 Neoprene 14 3.4 Nylon 14 Paper 3.5 50 Polyethylene 2.3 25 2.6 Polystyrene 4 6.5 Porcelain 12 Pyranol Oil 4.5 13 Pyrex Glass 4.5 160 Ruby Mica 5.4 15 Silicone Oil 2.5 8 Strontium Titanate 233 60

15、 2.1 Teflon 6 Titanium Dioxide 100 - Water (20) 80.4 -78.5)Water (25 常見(jiàn)物質(zhì)的介電系數(shù)和絕緣強(qiáng)度 Corona Discharge) Radio Frequency Single Electrode 射頻單電極電暈放電（射頻單電極電暈放電是介于電暈放電和介質(zhì)阻擋放電兩者之間的一種 其原理可用電暈放電來(lái)解特殊形式。只是將另一電極移至無(wú)窮遠(yuǎn)處而釋，由于射頻單電極電暈只有一個(gè)電極。并且可以在大氣放電只有一個(gè)電極，只要有足夠高的電壓和頻壓下工作，即可獲得穩(wěn)定的大范圍的電暈放率，由于射頻單電極電暈放電的能量電，現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用高、放電的

16、范圍大，于材料的表面處理和有毒廢物清除 和裂解中。 滑動(dòng)電弧放電(Glide Arc Discharge or Plasma Arc)下圖滑動(dòng)電弧放電等離子體通常應(yīng)用于材料的表面處理和有毒廢物清除和裂解。電源在兩電極上施加高壓中的滑動(dòng)電弧由一對(duì)像圖中所示的延伸弧形電極構(gòu)成。一旦擊穿發(fā)生電源就以中等電壓引起電極間流動(dòng)的氣體在電極最窄部分電擊穿。不斷電弧在電極的半橢圓形表面上向右膨脹，提供足以產(chǎn)生強(qiáng)力電弧的大電流，其視覺(jué)觀看滑動(dòng)電弧周而復(fù)始。伸長(zhǎng)直到不能維持為止。電弧熄滅后重新起弧，但其平均溫度卻比較低即使將餐巾紙放在等離子體放電等離子體就像火焰一般， 焰上也不會(huì)燃燒。它又被稱為“索梯”(Jaco

17、gs Ladder)。 電極 等離子體氣流 空氣流 物件 高頻高壓電源 電極 輝光放電區(qū) 滑動(dòng)電弧放電原理 滑動(dòng)電弧放電實(shí)例 大氣壓下輝光放電技術(shù)介紹(APGD) 大氣壓下的電暈放電和介質(zhì)阻擋放電目前雖然被廣泛地應(yīng)用于各種無(wú)機(jī)材料、金屬材料和高分子材料的表面處理中，但卻不能對(duì)各種化纖紡織品、毛紡織品、纖維和無(wú)紡布等材料進(jìn)行表面處理。低氣壓下的輝光放電雖然可以處理這些材料，但存在成本、處理效率等問(wèn)題，目前無(wú)法規(guī)?；瘧?yīng)用于紡織品的表面處理。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直在努力實(shí)現(xiàn)大氣壓下的輝光放電(APGD)，1933年德國(guó)的VonEngel等人報(bào)道了他們的研究結(jié)果即利用裸電極在一個(gè)大氣壓下氫氣和空氣中得到直流

18、和交流輝光放電，但放電很不穩(wěn)定，容易從輝光放電過(guò)渡到電弧放電。另外，它需要冷卻電極且在低氣壓下點(diǎn)燃，因此仍需要真空系統(tǒng)。從那以后，人們嘗試了許多不同的方法，包括細(xì)管放電、多針陰極放電、微空心陰極放電、電阻性電極放電、等離子體陰極放電等，都希望在大氣壓下得到較大體積的均勻放電。自1988年以來(lái)，日本的Kanaza-wa，法國(guó)的Massines，美國(guó)的Roth等研究小組利用介質(zhì)阻擋平行板電極結(jié)構(gòu)，通過(guò)RF放電，先后在多種氣體中(氬氣、氦氣、氦氣和丙酮混合氣)實(shí)現(xiàn)了APGD。最有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的是Roth等人的成果，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室建了一臺(tái)APGD等離子體裝置，實(shí)現(xiàn)了氬氣和氦氣的均勻放電，并初步研制成功了

19、空氣中的均勻放電，并獲得了改善聚丙烯膜親水性的結(jié)果。目前，國(guó)際上對(duì)APGD及其等離子體表面處理在工業(yè)上的應(yīng)用非常感興趣。國(guó)內(nèi)也有一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)正在從事APGD及其應(yīng)用的研究。由于低溫等離子體在紡織品和薄膜等材料表面改性方面有著誘人的工業(yè)化應(yīng)用前景，用大氣壓空氣中輝光放電產(chǎn)生低溫等離子體一直是國(guó)際學(xué)者探尋的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。2003年，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)將“大氣壓輝光放電”列為國(guó)家重點(diǎn)研究項(xiàng)目。由于大氣壓輝功率）頻率、（只要選擇一定的介質(zhì)阻擋裝置、光放電目前還沒(méi)有一個(gè)認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)，許多實(shí)驗(yàn)所看到的放電現(xiàn)象和輝光放電很相似即出現(xiàn)視覺(jué)特征上呈現(xiàn)均勻的霧狀放電，而看不到絲狀放電，但這種放電現(xiàn)象還是不

20、屬于輝光放電。 產(chǎn)生大氣壓輝光放電必須同時(shí)滿足以下的條件（僅代表科羅納實(shí)驗(yàn)室的討論觀點(diǎn)）： 1. 大氣壓下輝光放電的視覺(jué)特征應(yīng)呈現(xiàn)均勻的霧狀放電，而看不到絲狀放電； 2. 在放電電極結(jié)構(gòu)和條件基本相同的放電裝置中（如頻率、功率、電極面積、介質(zhì)材料和厚度、放電氣隙、氣氛），放電時(shí)電極兩端的電壓，大氣壓下產(chǎn)生輝光放電的電壓要低于（1/21/5）絲狀放電的電壓； 3. 在結(jié)構(gòu)和放電功率基本相同的放電裝置中（如頻率、功率、電極面積、介質(zhì)材料和厚度、放電氣隙、氣分），用示波器觀察放電的電流波形上疊加的脈沖中，大氣壓下輝光放電疊加的脈沖頻率要高于（2倍）介質(zhì)阻擋放電疊加的脈沖頻率，大氣壓下輝光放電疊加的脈

21、沖幅度要小于（1/2）介質(zhì)阻擋放電疊加的脈沖幅度； 4. 將無(wú)紡布或紡織布放置在大氣壓下輝光放電的等離子體中處理，不出現(xiàn)點(diǎn)狀擊穿。 次大氣壓下輝光放電技術(shù)(HAPGD) 由于大氣壓輝光放電技術(shù)目前雖有報(bào)道但技術(shù)還不成熟，沒(méi)有見(jiàn)到可用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備。而次大氣壓輝光放電技術(shù)則已經(jīng)成熟并被應(yīng)用于工業(yè)化的生產(chǎn)中。次大氣壓輝光放電可以處理各種材料，成本低、處理的時(shí)間短、加入各種氣體的氣氛含量高、功率密度大、處理效率高?？蓱?yīng)用于表面聚合、表面接枝、金屬滲氮、冶金、表面催化、化學(xué)合成及各種粉、粒、片材料的表面改性和紡織品的表面處理。次大氣壓下輝光放電的視覺(jué)特征呈現(xiàn)均勻的霧狀放電；放電時(shí)電極兩端的電壓低而功

22、率密度大；處理紡織品和碳纖維等材料時(shí)不會(huì)出現(xiàn)擊穿和燃燒并且處理溫度接近室溫。次大氣壓輝光放電技術(shù)目前可用于低溫材料、生物材料、異型材料的表面親水處理和表面接枝、表面聚合、金屬滲氮、冶金、表面催化、化學(xué)合成等工藝。由于是在次大氣壓條件下的輝光放電，處理環(huán)境的氣氛濃度高，電子和離子的能量可達(dá)10eV以上。材料批處理的效率要高于低氣壓輝光 （碳）纖維、金屬纖維、微粒、粉末等。可處理金屬、非金屬、 倍以上。10放電 次大氣壓下輝光放電效果實(shí)例 低溫等離子體的應(yīng)用領(lǐng)域 低溫等離子體物理與技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)由60年代初的空間等離子體研究向80年代和90年代以材料為導(dǎo)向研究領(lǐng)域的大轉(zhuǎn)變，高速發(fā)展的微電子科學(xué)、環(huán)

23、境科學(xué)、能源與材料科學(xué)等，為低溫等離子體科學(xué)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 現(xiàn)在,低溫等離子體物理與應(yīng)用已經(jīng)是一個(gè)具有全球影響的重要的科學(xué)與工程，對(duì)高科技經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及傳統(tǒng)工業(yè)的改造有著巨大的影響。例如，1995年全球微電子工業(yè)的銷售額達(dá)1400億美元，而三分之一微電子器件設(shè)備采用等離子體技術(shù)。塑料包裝材料百分之九十都要經(jīng)過(guò)低溫等離子體的表面處理和改性。科學(xué)家預(yù)測(cè)：二十一世紀(jì)低溫等離子體科學(xué)與技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生突破。據(jù)估計(jì)，低溫等離子體技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)、聚合物薄膜、材料防腐蝕、等離子體電子學(xué)、等離子體合成、等離子體冶金、等離子體煤化工、等離子體三廢處理等領(lǐng)域的潛在市場(chǎng)每年將達(dá)一千幾百億美元。 等離子體輔助

24、加工被用來(lái)制造特種優(yōu)良性能的新材料、研制新的化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)過(guò)程，加工、改造和精制材料及其表面，具有極其廣泛的工業(yè)應(yīng)用-從薄膜沉積、等離子體聚合、微電路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等離子體噴涂、等離子體冶金、等離子體化工、微波源。等離子體輔助加工已開辟的和潛在的應(yīng)用領(lǐng)域包括： 半導(dǎo)體集成電路及其它微電子設(shè)備的制造 工具、模具及工程金屬的硬化藥品的生物相溶性包裝材料的制備 表面防蝕及其它薄層的沉積 特殊陶瓷（包括超導(dǎo)材料） 新的化學(xué)物質(zhì)及材料的制造 金屬的提煉 聚合物薄膜的印刷和制備 有害廢物的處理 焊接 磁記錄材料和光學(xué)波導(dǎo)材料 精細(xì)加工 照明及顯示 電子電路及等離子體二極管開關(guān) 等離子

25、體化工(氫等離子體裂解煤制乙炔、等離子體煤氣化、等離子體裂解重?zé)N、等離子體制炭黑、等離子體制電石等) 對(duì)上述某些部分領(lǐng)域的目前潛在市場(chǎng)估計(jì)： 半導(dǎo)體工業(yè)約為260億美元 等離子體電子學(xué)約為400億美元 工具及模具硬化約為20億美元 作記錄和醫(yī)用聚合物薄膜領(lǐng)域約為幾十億美元的市場(chǎng) 對(duì)一些新的有活力的市場(chǎng)估計(jì)： 億美元500金屬腐蝕防護(hù)約為優(yōu)質(zhì)陶瓷約為50億美元 在廢物處理、金屬提練、包裝材料及制藥業(yè)中的應(yīng)用約為幾十億美元市場(chǎng)。 低溫等離子體物理與應(yīng)用是一個(gè)具有全球性影響的重要的科學(xué)與工程，對(duì)全世界的高科技工業(yè)發(fā)展及許多傳統(tǒng)工業(yè)的改造都有著直接的影響，二十一世紀(jì)初等離子體輔助加工會(huì)產(chǎn)生重要的突破，

26、而這些突破對(duì)高科技產(chǎn)業(yè)的保護(hù)及提高其在市場(chǎng)中的地位將是極為重要的，例如近十年來(lái)，低溫等離子體的物理研究和技術(shù)應(yīng)用在很多方面有了突破性的進(jìn)展，最有代表性的是微電子工業(yè)等離子體的應(yīng)用。1995年的微電子工業(yè)的全球銷售額已達(dá)1400億美元，其中三分之一的微電子器件的設(shè)備是采取等離子體技術(shù)。以奔騰芯片為代表的半導(dǎo)體微處理器的復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程中，三分之一是與等離子體有關(guān)的?，F(xiàn)代塑料包裝產(chǎn)品中的印刷、復(fù)合、涂布等工藝百分之九十都依賴低溫等離子體的處理。 固體材料的表面張力 Surface Energy Material (dynes/cm) 表面張 英文名稱中文名稱 力 16 聚六氟丙烯 Polyhexafl

27、uoropropylene 18-20 Polytetrafluoroethylene (PTFE/Teflon) 聚四氟乙烯18-22 聚全氟乙丙烯（F46） Fluorinated ethylene propylene (FEP) 聚三氟乙烯 22 Polytrifluoroethylene Chlorotrifluoroethylene (Aclar) 20-24 三氟氯乙烯Polydimethyl siloxane (silicone elastomer) 硅橡膠22-24 Natural rubber 天然橡膠 24 Paraffin 石蠟 23-25 Polyvinylidene

28、fluoride (PVDF) 25 聚偏氟乙稀Polyvinyl fluoride (PVF/Tedlar) 聚氟乙烯28 Polypropylene (PP) 29-31 聚丙烯Polyethylene (PE) 30-31 聚乙烯Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) 31 聚三氟氯乙烯Poly butylene teraphthalate (PBT) 32 聚丁烯Nylon-11 (polyundecanamide) 33 -11 尼龍Surlyn ionomer 33 離子鍵聚合物樹脂Polystyrene (PS), low ionomer 聚苯乙烯

29、33-35 Polyacrylate (acrylic film) 丙烯酸樹脂35 Tin-plated steel 鍍錫鐵35 聚氯乙烯 Polyvinyl chloride (PVC), plasticized Polyvinyl alcohol (PVOH/PVAL) 聚乙烯醇 Polystyrene (PS), high ionomer 聚苯乙烯聚硫化苯 Polyphenylene sulfide (PPS) Polyvinyl chloride (PVC), rigid 聚氯乙烯 Cellulose acetate (CA) 醋酸纖維 Polyvinylidene chloride

30、(PVDC/Saran) 聚偏二氯乙烯 Polyimide 聚酰亞胺33-38 37 37-38 38 39 39 40 40 41 聚砜 Polysulfone (PSU) 41 Polymethylmethacrylate (PMMA) 有機(jī)玻璃 42 尼龍-6（聚已內(nèi)酰胺） Nylon-6 (polycaprolactam) 聚酯 Polyethylene terephthalate (PET) 41-44 Cellulose (regenerated) 再生） 44 纖維素(Copper 44 銅Aluminum 45 鋁 Iron 46 鐵Nylon 6/6 (polyhexamet

31、hylene adipamide) 46 尼龍 6/6 Polycarbonate (PC) 聚碳酸脂46 Glass, soda lime 47 玻璃，碳酸鈉，石灰Polyphenylene oxide (PPO) 47 聚氧化二甲苯 Styrene butadiene rubber 丁二烯橡膠 苯乙烯48 -Polyethersulfone 50 聚醚碸 各種工藝下高分子材料表面處理所需的表面張力參考值 其它工藝印刷工藝涂覆膠印和 Flexo和 復(fù)合工藝:平版印絲印 和膠結(jié)凸版印凹版印水 溶 U 水 溶 U 水 溶 U 水 溶 U 水 溶 U 水 溶 U 性 劑 V 性 劑 V 性 劑 V

32、 性 劑 V 性 劑 V 性 劑 V 材料類型印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨墨38 36 38 40 37 40 40 37 42 42 38 44 42 38 42 42 38 44 PE 54604445405050464842445046484244545444 38 42 38 42 42 37 40 38 40 40 40 42 38 44 38 36 40 PP 54446054425054484440485046444250454642 38 42 40 38 42 36 40 37 36 40 38 4

33、0 38 42 42 36 38 PVC(*1) 544860504454454440504542524542524844 PET48 42 44 46 40 44 42 42 46 46 42 42 42 46 44 44 42 46 (*2)646555654464564654383542403742403842423842423742423844P544455544544445445403842424042423842424042423844424044PVD554544445445455445403838403838403842423842423842423844P5444555454

34、54454454424040424042423845424046424042423844AB545544544454444455403436403538403842423842423842424042PTF564544443554645554403540403838403840423842423842424042Silicon5564455544445455446 注意： 1. 上表為各種工藝對(duì)等離子處理材料表面所需達(dá)到的表面張力參考要求值（高品質(zhì)要求需達(dá)到上限參考值）； 2. 上表為理論參考值，由于同一材料因添加劑（增塑劑）成分和數(shù)量的差異會(huì)有所不同； 3. PE、PP材料包含薄膜和塑料件；

35、 4. PVC中的增塑劑添加較多時(shí)需達(dá)到上表中的上限參考值； (*1)上沒(méi)有涂覆層； PET 5.(*2)6. (塑料薄膜袋)熱封, 熔接, 熔焊時(shí)，兩個(gè)熔接面的表面張力應(yīng)接近。 表面張力測(cè)試液（3070達(dá)因/ 厘米） dynes/cm） 7030Surface Tension Test Fluids（ F：甲酰胺（Formamide, minimum 99.5% pure） 分子式：HCONH 2C：乙二醇乙醚（2-ethoxyethanol, 100% pure） 分子式：CHOCHOH 4252H：水（Water） 分子式：HO 2 表面張力測(cè)試液按照體積的百分比混合 Mix Perce

36、ntages by Dyne Level 表面張力 表面張力表面張力 F(vol) C(vol) C(vol) F(vol) F(vol) H(vol) Level Level Level 30 100.0% 0.0% 44 22.0% 78.0% 57 100.0% 0.0% 81.2% 58 97.5% 2.5% 45 18.8% 19.7% 80.3% 31 73.1% 59 17.2%4689.5% 10.5% 82.8% 26.9% 3265.0% 60 15.0% 81.0% 19.0%4785.0% 35.0% 3356.0%34 61 44.0% 13.0%48 73.5% 2

37、6.5% 87.0% 47.0%11.1% 88.9% 62 53.0% 49 65.0% 35.0% 3538.8% 63 9.3% 90.7% 61.2% 57.5%42.5%50 36 30.6% 64 69.4% 7.8% 92.2% 51.5%48.5% 375124.4% 65 75.6% 52 6.3% 46.0%54.0% 3893.7% 53 4.9% 95.1%18.2% 66 41.0% 3959.0%81.8% 54 3.5%86.6% 67 36.5% 63.5% 40 96.5% 13.4%55 688.6% 32.5%67.5% 4191.4% 2.2% 97.8

38、% 56 1.0% 99.0% 6942 28.5% 71.5% 6.1%93.9% 7096.4% 3.6%43 25.3% 74.7% 72 0.0%100%水的表面張力 在25C時(shí)，水的表面張力為72dynes/cm 。 但在不同的溫度下它的表面張力也不同。見(jiàn)下圖。我們?cè)谑褂盟鳛楸砻鎻埩z測(cè)液時(shí)要注意溫度的影響。 薄膜的處理效率 用相同功率的電暈設(shè)備處理不同類型的聚合物薄膜其處理效率的差異是很大的，下圖顯示了不同材料的這種差異。當(dāng)然，下圖曲線只給出了粗略的概述。最終處理效果還由于聚合物薄膜處理的電暈強(qiáng)度還受到其成分和添加劑的影響， 需要通過(guò)測(cè)試。厘米，已41-44達(dá)因/PET不需處理即

39、可印刷，因?yàn)樗谋砻鎻埩σ呀?jīng)達(dá)到PE經(jīng)超過(guò)了印刷所需的表面張力，但復(fù)合或涂膠還需要經(jīng)過(guò)低強(qiáng)度的電暈處理。材料的表面張力在達(dá)則隨著處理強(qiáng)度的提高，表面張力也相應(yīng)的增加。PP和PS厘米后要再提高其表面張力就很困難了，即使大幅度的提高電暈/40-45到達(dá)因材料表面張力的提高也是有限的。當(dāng)然，如果使用科羅納實(shí)PP設(shè)備的處理功率 /厘米。70PP驗(yàn)室的射頻電暈機(jī)則可以將和PVC材料的表面張力處理到達(dá)因 介質(zhì)阻擋放電薄膜表面處理系列設(shè)備 介質(zhì)阻擋放電薄膜表面處理系列設(shè)備俗稱電暈機(jī)、電子沖擊機(jī)、電火花機(jī)。編織布和紙等金屬薄膜或板材、真空鍍鋁薄膜、可以處理各種類型的塑料薄膜、材料。主要用于吹膜、印刷、復(fù)合、涂

40、布、流延、金屬噴涂前的等離子體清洗和 材料表面親水處理等工藝。 處理寬度：塑料10700m（雙面金屬10500m（單面體積200(W)200(H)250(D)mm重量4.5kg ）20%（電源：CTE-1200KAC220V 處理寬度：塑料膜7001000mm（雙面）； 金屬膜3001000mm（單面） 體積：250(W)200(H)360(D)mm 重量：12kg CTE-2000K（20%）電源：AC220V 1300mm（雙面）；處理寬度：塑料膜1000 1100mm（單面）金屬膜400360(D)mm 體積：250(W)200(H)12kg 重量： CTE-3000K20%）AC220

41、V（電源： 分體式電暈處理機(jī) CTE-2000KF/3000KF處理寬度：塑料膜10001600mm（雙面）； 金屬膜10001300mm（單面） 體積：250(W)200(H)360(D)mm 重量：12kg 電源：AC220V（20%） 變壓器箱尺寸：350(W)300(H) 300(D)mm 變壓器箱重量：15kg 5m CTE-4500K/6000K 主機(jī)和變壓器之間的連線： 處理寬度：塑料膜12002600mm（雙面）； 金屬膜12002600mm（單面） 體積：250(W)200(H)360(D)mm 重量：12kg 電源：AC220V（20%） 變壓器箱尺寸：350(W)300(

42、H) 300(D)mm 變壓器箱重量：35kg 5m主機(jī)和變壓器之間的連線： CTE-8000K處理寬度：塑料膜10003600mm（雙面） 金屬1003600m（單面主機(jī)尺寸600(W)1300(H)260(D)mm 主機(jī)重量：38kg 變壓器箱尺寸：350(W)300(H)300(D)mm 變壓器箱重量：70kg CTE-12000F 5m主機(jī)和變壓器之間的連線： CTE-2000K/3000K掛壁式分體電暈處理機(jī)，性能同 CTE-2000KF/3000KF處理寬度：塑料膜100700mm（雙面）； 金屬膜100500mm（單面） 體積：200(W)200(H)250(D)mm 重量：4.

43、5kg 220V 電源：AC60V ZW-1200A 使用簡(jiǎn)單一鍵操作處理寬度：塑料膜10001300mm（雙面）； 金屬膜4001100mm（單面） 體積：250(W)200(H)360(D)mm 重量：12kg 電源：AC60V220V ZW-2400A/3600A 使用簡(jiǎn)單一鍵操作 高頻電暈機(jī) 、硅橡膠等。）、聚氯乙烯(PVC)無(wú)紡布、主要用途：處理紡織品、化纖布、聚丙烯（PP、OPP 600mm200（雙面）處理寬度：360(D)mm 體積：250(W)200(H)12kg 重量： 20%）電源：AC220V（ 300(D)mm 350(W)300(H) 變壓器箱尺寸：35kg 變壓器

44、箱重量： 5m主機(jī)和變壓器之間的連線： CTE-3000H 處理寬度：塑料膜4001200mm（雙面） 體積：250(W)200(H)360(D)mm 重量：12kg 電源：AC220V（20%） 變壓器箱尺寸：350(W)300(H) 300(D)mm 變壓器箱重量：35kg 5m主機(jī)和變壓器之間的連線： CTE-6000H 各種管材內(nèi)外面高頻電暈處理設(shè)備 主要用途：處理各種規(guī)格的管材內(nèi)壁。如供暖管。 處理直徑：塑料膜2001800mm 體積：250(W)200(H)360(D)mm 重量：12kg 電源：AC220V（20%） 變壓器箱尺寸：350(W)300(H) 300(D)mm 變壓

45、器箱重量：35kg 5m主機(jī)和變壓器之間的連線： CTE-6000G 射頻低溫等離子體系列處理設(shè)備RF 、PP射頻低溫等離子體其離子和電子的能量可達(dá)7-10eV，可以處理聚丙烯（RF、（HIPS)、BOPS）高抗沖聚苯乙烯PO聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯（PS）OPP、）、聚甲醛、聚四氟乙烯、乙烯基、尼龍、（硅）、聚氨酯（PUL、聚酯（PET、APETABS金屬薄膜，紙等各種材料制成的二維和三維物體。橡膠、玻璃、有機(jī)玻璃、金屬,射頻低溫等離子體處理后其表面張力RF即使是聚四氟乙烯或硅橡膠等極難處理的材料通過(guò) 厘米。70達(dá)因/也能達(dá)到 單電極射頻RF低溫等離子體效果圖 這是單電極

46、輻射式RF射頻低溫等離子體在大氣壓下放射出的線狀柱形低溫等離子體區(qū)。等離子體在電極的34cm區(qū)域呈輻射分布，其形狀可為直線也可為各種曲線。特別適合處理寬度在20cm內(nèi)的各種中空的二維或三維物體及厚的板材。如：各種化妝品硬包裝、桶、壺、手機(jī)鍵盤、機(jī)殼、頭盔、準(zhǔn)平面、生物材料。 被處理的材料表面光潔無(wú)損。 但不適合處理金屬或含有金屬和導(dǎo)體的材料！噴射式RF射頻低溫等離子體效果圖 這是開放式噴射型RF射頻低溫等離子體在大氣壓下噴射出的低溫等離子體流。由于噴射出的等離子體流為開放式，特別適合處理各種三維物體上的孔、槽和凹陷部位。 但不適合處理金屬或含有金屬和導(dǎo)體的材料！ 系列產(chǎn)品主機(jī)RFD/FRFD/

47、F系列產(chǎn)品變壓器 RFD/F射頻 低溫等離子體系列產(chǎn)品規(guī)格 1. 型號(hào)：RFD-200(射頻單電極輻射式) RFD-200F(射頻噴射式) 2. 電源：AC220V（10%） 3. 電極長(zhǎng)度：120mm1000mm(單電極)； 4. 主機(jī)尺寸：250(W)200(H)360(D)mm； 5. 主機(jī)重量：4kg； 變壓器尺寸：250(W)400(H)300(D)mm；6. ；7. 變壓器箱重量：22kgRFD/F 2m。8. 主機(jī)和變壓器之間的連線： 射頻低溫等離子體旋轉(zhuǎn)處理臺(tái) 汽車燈座和PP化妝品聚氨酯橡膠燈罩膠結(jié)前包裝盒的玻璃瓶（丙稀酸樹脂）噴各種箱包的印前或膠結(jié)前印前處理 的表面處理 涂作色前的等離子處理 印前處理 的處理 隱形眼鏡復(fù)合樹脂的表面親水膠的鏡片各種樹脂、塑料、橡膠、各種塑料（密胺）餐具（尼龍）保處理 結(jié)面處理 玻璃等板材的表面處理 印刷前的表面處理 玲球表面噴涂或印刷前 的表面處理 滑動(dòng)電弧放電二維或三維表面處理系列設(shè)備 低溫