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大气压等离子体

/atmospheric pressure plasma/
条目作者方志

方志

最后更新 2022-01-20
浏览 267
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在一个标准大气压(1.01325×105帕斯卡)下或放电气体压强与周边大气压强相近(某些高原地区大气压可低至7×104帕斯卡)时产生的非平衡态等离子体。

英文名称
atmospheric pressure plasma
所属学科
电气工程

大气压等离子体一般不需在密闭真空腔室中产生,可不利用真空设备产生并维持放电环境。

大气压等离子体中气体压强高,各种类粒子碰撞频繁,电子和离子复合率高,电离率较低,因此所需放电功率较高,不易维持放电。在大气压条件下,等离子体中放电演化剧烈并包含多种物理化学反应过程,非常容易出现不稳定放电现象,如丝状放电、火花放电和电弧放电等,不易产生大面积或均匀等离子体。大气压下各种类粒子碰撞频繁,电子及带电离子平均自由程短,不易在电场中获得较高能量,等离子体中电子与离子通过碰撞交换能量较易趋近平衡态,较易产生电子温度低、气体温度较高的接近平衡态的热等离子体,如大气压电弧等离子体等。大气压等离子体中平均电子能量较低,化学反应以多体反应为主,电离过程多以逐步方式进行,易产生大量激发态的中性粒子及自由基等强化学活性粒子,这些粒子在大气压等离子体实际应用中起着关键作用。

大气压等离子体放电的原理是基于汤生过程,从气体击穿发展到稳定放电。常见的大气压等离子体放电形式有大气压辉光放电、大气压介质阻挡放电、电晕放电、射流放电和电弧放电等。大气压等离子体中包含多种物理化学反应过程,非常容易出现不稳定放电现象,等离子体参数测量信号干扰大,不易获得,通常采取的诊断手段有发射光谱法、吸收光谱法、激光诱导荧光法、大气压质谱法等。

大气压等离子可设计开放体系,直接应用于生产线,替换低气压等离子体设计的部分真空腔室,减少真空设备,降低生产成本。大气压等离子体已在材料表面处理、能源化工、电弧焊接、生物医疗等众多领域广泛应用。

大气压等离子体不易产生大面积均匀放电,低气压等离子体仍具有不可替代的作用。大气压等离子体中电子能量不高,气体温度较高,而高能电子是产生离子、激发态分子、自由基等强化学活性粒子主要因素,能量利用率较低。

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