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按照等離子體產(chǎn)生方式,可以分為天然等離子體和人工等離子體。普遍存在于恒星、星際天體、地球電離層等宇宙空間的自然界中的等離子體,稱為天然等離子體,人工等離子體則是由人為放電和激光等方式產(chǎn)生的電離等離子體。大氣壓低溫等離子體的產(chǎn)生方法有很多種,常見放電類型有電暈放電(Corona Discharge)、等離子體射流(APPJ)、介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)等,通過(guò)不同電極設(shè)計(jì)和模式選擇,可以有針對(duì)性地產(chǎn)生和應(yīng)用場(chǎng)所相匹配的等離子體。

(1) 電暈放電

將電壓加載到曲率半徑極小的電極上,當(dāng)電壓升高到一定數(shù)值后,電極附近的空氣就會(huì)由于強(qiáng)電場(chǎng)而發(fā)生電離,從而產(chǎn)生的局部放電現(xiàn)象即為電暈放電。電暈放電可以在大氣壓下產(chǎn)生穩(wěn)定的非熱平衡等離子體,但這種放電模式只發(fā)生在極不均勻電場(chǎng)的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū),放電強(qiáng)度較弱,產(chǎn)生等離子體及活性粒子的效率都比較低。目前有關(guān)電暈放電等離子體的研究都是在直流高壓或者脈沖電壓條件下進(jìn)行的,放電能耗大,對(duì)電極材料要求高。鑒于上述局限性,電暈放電方式不適用于對(duì)均勻性和等離子體接觸面積要求較高的材料改性領(lǐng)域。

(2) 大氣壓等離子體射流

射流等離子體近年來(lái)越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。它是一項(xiàng)很有前途的技術(shù),操作簡(jiǎn)單,實(shí)用經(jīng)濟(jì),不需要真空設(shè)備。其原理是使氣體放電產(chǎn)生的等離子體在電場(chǎng)和外加氣場(chǎng)的共同作用下從產(chǎn)生區(qū)域噴出,在外界大氣壓下朝著指定的方向行進(jìn),從而形成等離子體射流。

(3) 介質(zhì)阻擋放電

介質(zhì)阻擋放電是將絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種非平衡態(tài)氣體放電,當(dāng)兩個(gè)電極間施加足夠高的電壓時(shí),電極間的氣體被擊穿放電形成等離子體,放電表現(xiàn)為微放電,通常持續(xù)時(shí)間短促(僅為納秒級(jí)),且在介質(zhì)表面均勻分布,是氣體放電中一種常見的放電形式。

絕緣阻擋介質(zhì)材料有石英、玻璃、陶瓷等,放電電極布置方式有同軸圓筒式、板對(duì)板式和線對(duì)板式,其中板對(duì)板式結(jié)構(gòu)中又分為單阻擋介質(zhì)式和雙阻擋介質(zhì)式。

相對(duì)于早期的等離子體產(chǎn)生條件,大氣壓低溫等離子體處理技術(shù)擺脫了嚴(yán)苛的真空條件,既能保持使氣體分子、原子激發(fā)解離或者電離的電子能量,同時(shí)整體反應(yīng)系統(tǒng)還能保持在低溫或者是常溫狀態(tài)而被廣泛應(yīng)用于材料表面處理等領(lǐng)域。