低温等离子体
用于材料制备和表面处理的等离子体一般都是由气体放电产生的,如果按放电所用电源的不同,低温等离子体源可以分为:直流放电低温等离子体源,交流放电低温等离子体
源和微波放电低温等离子体源。由于每一种源又可以根据电极(能量耦合的天线)的形状不同而分为不同的类型,每种类型的等离子体源都有其最合适的应用领域。
1.直流放电等离子体
直流放电是研究最早的一种放电,理论相对较成熟,其中可以用于产生低温等离子体的低气压直流辉光放电理论最成熟,有汤生理论,帕邢定律和流注理论。而直流放电低温
等离子体源,主要就是在低气压下对两平行电极上施加直流电压,形成低气压直流辉光放电而产生低温等离子体,其实直流放电形式多样,不过产生低温等离子体的最常用就
是低气压直流辉光放电,也可以说成是经典放电模式。
2.交流放电等离子体
高频放电等离子体源
这里指的高频是交流的50Hz~10kHz,这种频率下的交流放电其实和直流汤生放电模式很类似,高频逆变电源的优点是电压可以达到10KV以上。对表面存在绝缘材料的电
极加大电压时,放电可以重新开始,不过这时已经不是汤生放电模式,而是电晕放电模式,此时的放电也可以称为介质阻挡放电。不过在低气压下,介质阻挡放电虽然可
以维持放电,但与射频放电相比,放电效率比较低,不过它的优点是可以在大气压维持放电,并产生低温等离子体,这与低气压产生低温等离子体相比,可以免去很复杂
和昂贵的真空系统。
高气压介质阻挡放电一般是在电极间加上10KV左右的交流电(频率为50Hz~10kHz),便会在很短的时间里出现时有时无的微小放电柱(直径约为0.1mm,放电脉冲宽度约
为数十纳秒,电子密度约为1020 m−3)
之所以会出现这样的重复脉冲放电现象,是因为介质起到了妨碍放电的阻碍作用,也就是说介质是绝缘物,在电场的作用下其表面会积累电子或离子,而这种带电产生的电场
会抵消外加电场,故放电在短时间内消失。接下来由于复合而使面电荷消失,再次开始电离,就这样不断地重复这一周期过程。这里,介质对于防止电晕放电发展成流注放电
或电弧放电起着重要地作用。看出,介质阻挡放电装置完全可以用于绝缘材料的表面处理。
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