等離子體于1879年被發現,1928年被稱為“plasma”,是一個微觀系統,由大量相互作用但仍然處于非束縛狀態的帶電粒子組成,它們是除氣態、液態和固態以外的物質第四態。利用電子溫度和離子溫度可以分別表示等離子體溫度,plasma低溫等離子體的電離率較低,離子溫度甚至可以與室溫相相差無幾,因此,日常生活中有很多場景可以運用低溫等離子體技術。在plasma低溫等離子體發生的過程中也可以產生大量的活性粒子,這些粒子比一般化學反應產生的反應種類更多,活性更強,與材料表面接觸時反應更簡單。與傳統的物理化學方法相比,等離子體表面處理成本低,不會產生廢料,對環境無污染,因此低溫等離子體材料的表面改性處理非常合適,此外,低溫等離子體還可用于制備有機和無機納米顆粒,用于殺菌等領域。
plasma低溫等離子體的產生,能夠通過紫外輻射、電磁場激發、高溫加熱以及應用X射線等方法,其間,電磁場激發方法,也就是技術較為簡單的操縱氣體釋放方法,在實驗室研究和工業生產中使用得多。弧光放電是各種氣體放電產生的等離子體中的一種;電暈放電產生的低溫等離子體中難以產生足量的活性粒子;直流輝光放電需要低壓環境,因此需要使用價格昂貴的真空系統,從而難以實現連續生產;低頻交流放電等離子體的電極暴露在外,只對簡單污染產生的等離子體進行污染,因此這些氣體放電方法都不適合用于大型流水線工業。
介質阻撓放電(DielectricBarrierDischarge,簡稱DBD)是指將絕緣介質置于兩個金屬電極之間,以阻撓橫穿極板間空氣間隙的放電通道,使空氣間隙通道內的放電不會產生電弧,而是以細絲放電的方式存在,plasma低溫等離子體便分散在其中,這種方式在實驗室很容易實現,并且在工業生產中得到了廣泛應用;而在大氣壓放電模式下,發生這種情況的等離子體可以均勻分布在整個放電空間,因此,大氣壓輝放電也被稱為均勻模式下的介質阻撓放電,但在實驗室更難實現,而在細絲放電模式下,只要操作不當,就會變成介質阻撓放電。因此介質阻撓放電是目前適合工業生產的等離子體產生方法。
介質阻撓放電的底子在于增加絕緣介質,如果沒有絕緣介質阻礙放電,位于極板氣隙中的帶電粒子將會以極高的遷移速度趨附在兩個極板上,從而使氣流難以吹出,而帶電粒子則會在兩個極板均覆蓋一層絕緣層后,到達絕緣介質表面,而不是極板表面。在兩極板上加高頻交流電源反向電壓后,由于兩板間隙中的空氣由于強電場的作用plasma低溫等離子體再次發生雪崩電離,爾后的電流立即被切斷,電流曲線顯示出尖脈沖。此時,空氣中仍然存在帶電粒子,它們將繼續向兩個極板移動,并繼續移動。這種帶電粒子就是發生在被電離之后的plasma低溫等離子體離子,因為它們以懸浮狀態存在于極板之間的空氣間隙中,所以可以很簡單地把電離區吹出去。24314