1、什么是低溫等離子體？ 冰升溫至 0會(huì)變成水,如連續(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)顯現(xiàn)出固態(tài)液態(tài)氣態(tài)三種物 態(tài)的轉(zhuǎn)化過程, 我們把這三種基本形狀稱為物質(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 ；由于電離過程中正離子和電子總是成 對(duì)顯現(xiàn),所以等離子體中正離子和電子的總數(shù)大致相等

2、,總體來看為準(zhǔn)電中性； 反過來,我們可以把等離子體定義為： 正離子和電子的密度大致相等的電離氣體； 從剛才提到的脆弱的蠟燭火焰, 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 的運(yùn)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?nèi)钥梢粤?舉太陽,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 加熱的方法更加簡(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

3、和溫度的數(shù)值, 其密度為 10（單 25 位：個(gè) m 3）的淡薄星際等離子體到密度為 10 的電弧放電等離子體,跨過近 20 個(gè)數(shù)量級(jí)；其溫度分布范疇就從 100K 的低溫到超高溫核聚變等離子體 10 -10 K 的 （ 1-10 億度）； 溫度軸的單位 eVelectron 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 , 以此來衡量等離

4、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； 電離度大于 1% 10 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,低溫等離子體仍可以通過不產(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)噴射式放電來生成；大氣壓下的輝光放電技術(shù) 目前也已成為世界各國的爭(zhēng)辯熱點(diǎn)； 可產(chǎn)生大氣壓非平穩(wěn)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)特性的爭(zhēng)辯也剛剛起步, 現(xiàn)已形成

5、新的爭(zhēng)辯熱 點(diǎn)； 低溫等離子體的產(chǎn)生方法 1. 輝光放電 2. 電暈放電 介質(zhì)阻擋放3. 電 射頻電暈放電 滑動(dòng)4. 電弧放電 大氣壓輝光5. 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溝通電源； 每種氣體 都有其典型的輝光放電顏色 如下

6、表所示 ,熒光燈的發(fā)光即為輝光放電；因此, 試驗(yàn)時(shí)如發(fā)覺等離子的顏色有誤, 通常代表氣體的純度有問題, 一般為漏氣所至； 輝光放電是化學(xué)等離子體試驗(yàn)的重要工具, 但因其受低氣壓的限制, 工業(yè)應(yīng)用難 第 2 頁,共 25 頁于連續(xù)化生產(chǎn)且應(yīng)用成本昂揚(yáng), 而無法廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造中； 目前的應(yīng)用范疇 僅局限于試驗(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 Gas Cathode Layer Negative Glow Positive Column He red pink Red-pink Ne neon yellow orange red-brown Ar pink dark-bl

7、ue dark-red Kr -green blue-purple Xe -orange-green white-green H2 red-brown thin-blue pink N2 pink blue red-yellow O2red yellow-white red-yellow Air pink blue red-yellow 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, 要足夠高的電壓以增加電暈部位的電場(chǎng)； 而電暈放電可以在大氣壓下工作, 但需 一般在高壓和強(qiáng)電場(chǎng)的工作條件下, 不 簡(jiǎn)潔獲得穩(wěn)固的電暈放電,亦簡(jiǎn)潔產(chǎn)生局部的電弧放電

8、 arc ；為提高穩(wěn)固性可將反應(yīng)器做成非對(duì)稱 asymmetric 第 3 頁,共 25 頁的電極形式 （如下圖所示） ；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 不同,有直流電暈放電 DC corona 和脈沖式 pulsed corona 電暈放電；由于電 暈放電的范疇小, 能量低,放電的能量不均勻, 通常應(yīng)用范疇僅局限于試驗(yàn)室； 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穩(wěn)態(tài)氣體放 電又稱介質(zhì)阻擋電暈放電或無聲放電； 介質(zhì)阻擋放電能夠在高氣壓和很寬的頻率 范疇內(nèi)工作,通常的工作氣壓為 10

9、10 ；電源頻率可從 50Hz 至 1MHz；電極 結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)形式多種多樣；在兩個(gè)放電電極之間布滿某種工作氣體 , 并將其中一個(gè) 或兩個(gè)電極用絕緣介質(zhì)掩蓋 , 也可以將介質(zhì)直接懸掛在放電空間或接受顆粒狀的 介質(zhì)填充其中, 當(dāng)兩電極間施加足夠高的溝通電壓時(shí), 電極間的氣體會(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)就被廣泛的應(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； 介質(zhì)阻擋放電 DBD常用結(jié)構(gòu) 第 4 頁,共 25 頁介質(zhì)阻擋放電通常是由正弦波型 sinusoi

10、dal ,溝通 alternating current, AC和高壓電源驅(qū)動(dòng),隨著供應(yīng)電壓的上升,系統(tǒng)中反應(yīng)氣體的狀態(tài)會(huì)經(jīng)受三個(gè) 階段的變化,即會(huì)由絕緣狀態(tài) insulation 逐步至擊穿 breakdown 最終發(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,不足以使反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氣體顯現(xiàn)等離子體反應(yīng),此時(shí)的電流為零； 隨著供應(yīng)電壓的逐步提高, 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 無法供應(yīng)電子足夠的能量使氣體分子進(jìn)行非彈性

11、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；如連續(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), 氣體將由于離子化的 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) 中可明顯觀看到發(fā)光 luminous 的現(xiàn)象此時(shí),電流會(huì)隨著施加的電壓提高而快速 增加； 在介質(zhì)阻擋放電中,當(dāng)擊穿電壓超過帕邢 Paschen 擊穿電壓時(shí),大量隨機(jī) 分布的微放

12、電就會(huì)顯現(xiàn)在間隙中, 這種放電的外觀特點(diǎn)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,就由大量顯現(xiàn)細(xì)絲狀的微小快脈沖放電構(gòu)成； 只要電極間的氣隙均勻, 就放電是均勻, 漫散和穩(wěn)固的； 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)間上都是無規(guī)章分布的, 放 電通道基本為圓柱狀,其半徑約為 m,放電連續(xù)時(shí)間極短,約為 10100ns,但電流密度卻可高達(dá) 1kA/cm 2,每個(gè)電流細(xì)絲就是一個(gè)微放電, 在介質(zhì)表面上擴(kuò)散成表面放電, 并顯現(xiàn)為光明的斑點(diǎn)； 這些宏觀特點(diǎn)會(huì)隨著電極 間所加的功率,頻率和介質(zhì)的不同而有所轉(zhuǎn)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)

13、出無絲狀, 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)可通過透亮電極或電極間的氣隙直接在試驗(yàn)中觀看到； 雖然介質(zhì)阻擋放電已被開發(fā)和廣泛的應(yīng)用,可對(duì)它的理論爭(zhēng)辯仍只是近 20 年來的事,而且僅限于對(duì)微放電或?qū)φ麄€(gè)放電過程某個(gè)局部進(jìn)行較為詳盡的討 論,并沒有一種能夠適用于各種情形 DBD 的理論；其緣由在于各 DBD 的工作種 條 件大不相同,且放電過程中既有物理過程,又有化學(xué)過程,相互影響,從最終結(jié) 果很難確定中間發(fā)生的具體過程； 由于 DBD 在產(chǎn)生的放電過程中會(huì)產(chǎn)生大量的自由基和準(zhǔn)分子,OH,O,NO 如 等,它們的化學(xué)性質(zhì)特殊活躍, 很簡(jiǎn)潔和其它原子, 分子或其它自

14、由基發(fā)生反應(yīng) 第 5 頁,共 25 頁而形成穩(wěn)固的原子或分子；因而可利用這些自由基的特性來處理 VOCs,在環(huán)保 方面也有很重要的價(jià)值； 另外,利用 DBD 可制成準(zhǔn)分子輻射光源, 它們能發(fā)射窄 帶輻射,其波長掩蓋紅外,紫外和可見光等光譜區(qū),且不產(chǎn)生輻射的自吸取,它 是一種高效率, 高強(qiáng)度的單色光源； 在 DBD 電極結(jié)構(gòu)中, 接受管線式的電極結(jié) 仍可制成臭氧 O3 發(fā)生器；現(xiàn)在人們已越來越重視對(duì) DBD 的爭(zhēng)辯與應(yīng)構(gòu) 用； 介質(zhì)阻擋放電 DBD實(shí)例 物 質(zhì) 介電系數(shù) 絕緣強(qiáng)度 kV/mm Vacuum Infinity AirAmber233 90 Bakelite 12 Fused Qua

15、rtz 8Neoprene12 Nylon14 Paper 14 Polyethylene50 Polystyrene25 Porcelain4Pyranol Oil12 Pyrex Glass 13 Ruby Mica160 Silicone Oil 15 Strontium Titanate8100 60 Teflon Titanium Dioxide6Water 20 -Water 25 -第 6 頁,共 25 頁常見物質(zhì)的介電系數(shù)和絕緣強(qiáng)度 射頻單電極電暈放電（ Radio Frequency Single Electrode Corona Discharge 射頻單電極電暈放電是介于

16、電暈放電和介質(zhì)阻擋放電兩者之間的一種 特殊形式；其原理可用電暈放電來解 釋,只是將另一電極移至無窮遠(yuǎn)處而 只有一個(gè)電極；由于射頻單電極電暈 放電只有一個(gè)電極, 并且可以在大氣 壓下工作,只要有足夠高的電壓和頻 率,即可獲得穩(wěn)固的大范疇的電暈放 電,由于射頻單電極電暈放電的能量 高,放電的范疇大, 現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用 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 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； 下圖 中的滑動(dòng)電弧由一對(duì)像圖中所示的延長弧形電極構(gòu)成； 電源在兩電極上施加高壓 引起電極間流

17、淌的氣體在電極最窄部分電擊穿； 一旦擊穿發(fā)生電源就以中等電壓 供應(yīng)足以產(chǎn)生強(qiáng)力電弧的大電流, 電弧在電極的半橢圓形表面上向右膨脹, 不斷 伸長直到不能保護(hù)為止； 電弧熄滅后重新起弧, 周而復(fù)始； 其視覺觀看滑動(dòng)電弧 放電等離子體就像火焰一般, 但其平均溫度卻比較低即使將餐巾紙放在等離子體 焰上也不會(huì)燃燒；它又被稱為“索梯” Jacogs Ladder ； 電極 空氣流 等離子體氣流 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 第 7 頁,共 25 頁滑動(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)用于各種無機(jī)材 料,金屬材料和

18、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, 處理效率等問題, 目前無法規(guī)?；瘧?yīng)用于紡織品的表面處理； 長期以來人們始終在努力實(shí)現(xiàn)大氣壓下的輝光放電 APGD,1933 年德國的 VonEngel 等人報(bào)道了他們的爭(zhēng)辯結(jié)果即利用裸電極在一個(gè)大氣壓下氫氣和空氣 中得到直流和溝通輝光放電, 但放電很不穩(wěn)固, 簡(jiǎn)潔從輝光放電過渡到電弧放電； 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

19、放電, 等離子體陰極放電等, 都期望在大氣壓下得到較大體積的均勻放 電；自 1988 年以來,日本的 Kanaza-wa,法國的 Massines,美國的 Roth 等爭(zhēng)辯 小組利用介質(zhì)阻擋平行板電極結(jié)構(gòu), 通過 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)谠囼?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, 國際上對(duì) APGD 及其等離子體表面處理在工業(yè)上的應(yīng)用特殊感愛好；國內(nèi)也有 一 些高校和爭(zhēng)辯機(jī)構(gòu)正在從事

20、 APGD 及其應(yīng)用的爭(zhēng)辯；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迷人的工業(yè)化應(yīng)用前景, 用大氣壓空氣中輝光放 電產(chǎn)生低溫等離子體始終是國際學(xué)者探尋的爭(zhēng)辯重點(diǎn)和熱點(diǎn)； 2022 年,國家自 然科學(xué)基金委員會(huì)將“大氣壓輝光放電”列為國家重點(diǎn)爭(zhēng)辯項(xiàng)目； 由于大氣壓輝 光放電目前仍沒有一個(gè)認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn), （只要選擇確定的介質(zhì)阻擋裝置, 頻率,功率） 第 8 頁,共 25 頁許多試驗(yàn)所看到的放電現(xiàn)象和輝光放電很相像即顯現(xiàn)視覺特點(diǎn)上顯現(xiàn)均勻的霧 狀放電,而看不到絲狀放電,但這種放電現(xiàn)象仍是不屬于輝光放電； 產(chǎn)生大氣壓輝光放電必需同時(shí)中意以下的條件 觀點(diǎn)）： （僅代表科羅納試驗(yàn)室的爭(zhēng)辯 1.

21、 大氣壓下輝光放電的視覺特點(diǎn)應(yīng)顯現(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）,用示波器觀看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. 將無紡布或

22、紡織布放置在大氣壓下輝光放電的等離子體中處理,不顯現(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)仍不成熟, 沒有見到可用 于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備； 而次大氣壓輝光放電技術(shù)就已經(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；可應(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特點(diǎn)顯現(xiàn)均勻的霧狀放電； 放電時(shí)電 極兩端的電壓低而功率密度大； 處理紡織品和碳纖維等材料時(shí)不會(huì)顯現(xiàn)擊

23、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 放電 10 倍以上； 可處理金屬,非金屬, （碳）纖維,金屬纖維,微粒,粉末等； 第 9 頁,共 25 頁次大氣壓下輝光放電成效實(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)受了一個(gè)由 60 歲月初的空間等離子體爭(zhēng)辯向 80 歲月和 90 歲月以材料為導(dǎo)向爭(zhēng)辯領(lǐng)域的大轉(zhuǎn)變,高速進(jìn)展

24、的微電子科學(xué),環(huán)境 科學(xué),能源與材料科學(xué)等,為低溫等離子體科學(xué)進(jìn)展帶來了新的機(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)的進(jìn)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)備接受等離子 體技術(shù)；塑料包裝材料百分之九十都要經(jīng)過低溫等離子體的表面處理和改性； 科 學(xué)家推測(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)估量, 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

25、理等領(lǐng)域的潛在市場(chǎng) 每年將達(dá)一千幾百億美元； 等離子體幫忙加工被用來制造特種優(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；等離子體幫忙加工已開創(chuàng)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 第 10 頁,共 25 頁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

26、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)估量： 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)估量： 金屬腐蝕防護(hù)約為 500 億美元 第 11 頁,共 25 頁優(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

27、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)進(jìn)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)初等離子體幫忙加工會(huì)產(chǎn)生重要的突破,而這些突破對(duì)高科技產(chǎn)業(yè)的愛惜及 提高其在市場(chǎng)中的位置將是極為重要的,例如近十年來,低溫等離子體的物理 爭(zhēng)辯和技術(shù)應(yīng)用在許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)備是實(shí)行等離子體技術(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)過程中,三分之一是與等離子體有關(guān)的；現(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

28、靠低溫等離子體的處理； 固體材料的表面張力 Surface Energy Material dynes/cm 中文名稱 英文名稱 表面張 力 聚六氟丙烯 Polyhexafluoropropylene 16 聚四氟乙烯 Polytetrafluoroethylene PTFE/Teflon 18-20 聚全氟乙丙烯（ F46） Fluorinated ethylene propylene FEP 18-22 聚三氟乙烯 Polytrifluoroethylene22 三氟氯乙烯 Chlorotrifluoroethylene Aclar20-24 硅橡膠 自然22-24 Polydimethy

29、l siloxane silicone elastomer橡膠 石蠟 聚Natural rubber 24 偏氟乙稀 聚Paraffin 23-25 氟乙烯 聚丙Polyvinylidene fluoride PVDF 25 烯 聚乙烯 聚Polyvinyl fluoride PVF/Tedlar 28 三氟氯乙烯 Polypropylene PP 29-31 聚丁烯 30-31 Polyethylene PE 尼龍 -11離子鍵聚31 Polychlorotrifluoroethylene PCTFE 合物樹脂 聚苯乙32 Poly butylene teraphthalate PBT 烯

30、丙烯酸樹脂 Nylon-11 polyundecanamide33 鍍錫鐵 33 Surlyn ionomer 33-35 Polystyrene PS, low ionomer35 Polyacrylate acrylic film 35 Tin-plated steel 第 12 頁,共 25 頁聚氯乙烯 Polyvinyl chloride PVC, plasticized33-38 聚乙烯醇 Polyvinyl alcohol PVOH/PVAL 37 聚苯乙烯 Polystyrene PS, high ionomer 37-38 聚硫化苯 Polyphenylene sulfide

31、PPS 38 聚氯乙烯 Polyvinyl chloride PVC, rigid39 醋酸纖維 聚Cellulose acetate CA 39 偏二氯乙烯 Polyvinylidene chloride PVDC/Saran 40 聚酰亞胺 聚Polyimide40 砜 Polysulfone PSU 41 有機(jī)玻璃 Polymethylmethacrylate PMMA 41 尼龍 -6 （聚已內(nèi)酰胺） Nylon-6 polycaprolactam 42 聚酯 Polyethylene terephthalate PET 41-44 纖維素 再生）Cellulose regenerat

32、ed 44 銅 Copper44 鋁 Aluminum45 鐵 Iron 46 尼龍 6/6 Nylon 6/6 polyhexamethylene adipamide46 聚碳酸脂 46 Polycarbonate PC 玻璃,碳酸鈉,石灰 Glass, soda lime47 聚氧化二甲苯 苯乙47 Polyphenylene oxide PPO 烯 - 丁二烯橡膠 Styrene butadiene rubber 48 聚醚碸 50 Polyethersulfone 各種工藝下高分子材料表面處理所需的表面張力參考值 印刷工藝 其它工藝 工藝 : Flexo 和 平版印 膠印和 絲印 復(fù)合

33、 涂覆 凹版印 凸版印 和膠結(jié) 材料類型 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 性 劑 V 性 劑 V 性 劑 V 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 印 PE 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 44 40 50 46 42 50 46 42 54 48 44 60 50 44 54 48 45 54 PP 38 36 40 40 38 40 40 37 40

34、42 38 44 42 38 42 42 38 44 44 40 50 46 42 50 46 42 54 48 44 60 50 44 54 48 45 54 PVC *1 38 36 36 40 37 36 40 38 40 42 38 42 42 38 42 40 38 42 44 40 50 45 42 52 45 42 52 48 44 60 50 44 54 48 45 54 PET*244 40 42 46 42 44 46 42 46 48 42 44 46 42 44 42 42 46 第 13 頁,共 25 頁P(yáng)S 52 46 54 56 46 56 56 46 60 60

35、 48 62 60 48 62 52 48 60 38 35 42 40 37 42 40 38 42 42 38 42 42 37 42 42 38 44 44 40 48 45 42 50 46 44 58 48 44 56 52 44 54 50 46 54 PVDC 40 38 42 42 40 42 42 38 42 42 40 42 42 38 44 42 40 44 46 42 52 46 42 52 48 44 54 50 45 58 50 44 52 48 46 54 PU 40 38 38 40 38 38 40 38 42 42 38 42 42 38 42 42 38

36、44 46 42 50 46 42 52 45 44 56 50 44 58 50 44 56 48 46 54 ABS 42 40 40 42 40 42 42 38 45 42 40 46 42 40 42 42 38 44 46 44 52 46 45 52 48 46 52 48 45 56 52 45 56 48 46 54 PTFE 40 34 36 40 35 38 40 38 42 42 38 42 42 38 42 42 40 42 44 39 52 45 40 52 48 44 60 52 46 60 56 46 56 50 48 54 Silicone 40 35 40

37、40 38 38 40 38 40 42 38 42 42 38 42 42 40 42 44 40 50 45 42 52 48 44 56 50 46 60 56 46 56 50 48 54 留意： 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； 4. *1 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； 5. *2 PET 上沒有涂覆層； 6. 塑料薄膜袋 熱封 , 熔接 , 熔焊時(shí),兩個(gè)熔接面

38、的表面張力應(yīng)接近； 表面張力測(cè)試液 （ 3070 達(dá)因 /厘米） Surface Tension Test Fluids （ 3070dynes/cm） F：甲酰胺（ Formamide, minimum99.5%pure） 分子式： HCON2HC：乙二醇乙醚（ 2-ethoxyethanol, 100% pure H：水（ Water） 分子式： H2O ） 分子式： C2H5OC2H4OH 表面張力測(cè)試液依據(jù)體積的百分比混合 Mix Percentages by Dyne Level 表面張力 Fvol Cvol 表面張力 Cvol Fvol 表面張力 Fvol Hvol LevelLe

39、velLevel30 100.0% 0.0% 44 22.0% 78.0% 57 100.0% 0.0% 31 97.5% 2.5% 45 19.7% 80.3% 58 81.2% 18.8% 32 89.5% 10.5% 46 17.2% 82.8% 59 73.1% 26.9% 33 81.0% 19.0% 47 15.0% 85.0% 60 65.0% 35.0% 34 73.5% 26.5% 48 13.0% 87.0% 61 56.0% 44.0% 35 65.0% 35.0% 49 11.1% 88.9% 62 47.0% 53.0% 36 57.5% 42.5% 50 9.3%

40、90.7% 63 38.8% 61.2% 37 51.5% 48.5% 51 7.8% 92.2% 64 30.6% 69.4% 38 46.0% 54.0% 52 6.3% 93.7% 65 24.4% 75.6% 39 41.0% 59.0% 53 4.9% 95.1% 66 18.2% 81.8% 40 36.5% 63.5% 54 3.5% 96.5% 67 13.4% 86.6% 41 32.5% 67.5% 55 2.2% 97.8% 68 8.6% 91.4% 42 28.5% 71.5% 56 1.0% 99.0% 69 6.1% 93.9% 43 25.3% 74.7% 70

41、 3.6% 96.4% 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；見下圖；我們?cè)谑褂盟鳛楸?面張力檢測(cè)液時(shí)要留意溫度的影響； 薄膜的處理效率 第 15 頁,共 25 頁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； 由于聚合物薄膜處理的電暈強(qiáng)度仍受到其成分和添加劑的影響, 最終處理成效仍 需要通過測(cè)試； PET 不需處理即可印刷,由于它的表面張力已經(jīng)達(dá) 41-44 達(dá)因/ 厘米,已 到 經(jīng)超過了印刷所需的表面張

42、力, 但復(fù)合或涂膠仍需要經(jīng)過低強(qiáng)度的電暈處理； PE 和 PS 就隨著處理強(qiáng)度的提高,表面張力也相應(yīng)的增 PP 材料的表面張力在 加； 達(dá) 到 40-45 達(dá)因/ 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 設(shè)備的處理功率 PP 材料表面張力的提高也是有限的；當(dāng)然,假如使用科羅納 實(shí) 驗(yàn)室的射頻電暈機(jī)就可以將 PP 和 PVC 材料的表面張力處理 70 達(dá)因 / 厘米； 到 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)； 可以處理各種類型的塑料薄膜, 金屬薄膜或板材, 真空鍍鋁薄膜, 編織布和紙等 材料；主要用于吹膜,印刷,復(fù)

43、合,涂布,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； 第 16 頁,共 25 頁處理寬度：塑料膜 100 700mm（雙面）； 金屬膜 100 500mm（單面） 體積： 200W200H 250Dmm 重量： CTE-1200K 電源： AC220V（ 20%） 處理寬度：塑料膜 700 1000mm（雙面）； 金屬膜 300 1000mm（單面） 體積： 250W200H 360Dmm 重量： 12kg CTE-2022K 電源： AC220V（ 20%） 處理寬度：塑料膜 1000 1300mm（雙面）； 金屬膜 400 1100mm（單面） 體積： 250W200H 3

44、60Dmm 重量： 12kg CTE-3000K 電源： AC220V（ 20%） 分體式電暈處理機(jī) CTE-2022KF/3000KF 處理寬度：塑料膜 1000 1600mm（雙面）； 金屬膜 1000 1300mm（單面） 體積： 250W200H 360Dmm 重量： 12kg 電源： AC220V （ 20%） 變壓器箱尺寸： 350W300H300DmmCTE-4500K/6000K 變壓器箱重量： 15kg 5m 主機(jī)和變壓器之間的連線： 處理寬度：塑料膜 1200 2600mm（雙面）； 金屬膜 1200 2600mm（單面） 體積： 250W200H 360Dmm 重量： 1

45、2kg 電源： AC220V （ 20%） 變壓器箱尺寸： 350W300H300DmmCTE-8000K 變壓器箱重量： 35kg 5m 主機(jī)和變壓器之間的連線： 第 17 頁,共 25 頁處理寬度：塑料膜 1000 3600mm（雙面） 金屬膜 1000 3600mm（單面） 主機(jī)尺寸： 600W1300H 260Dmm 主機(jī)重量： 38kg 變壓器箱尺寸： 350W300H 300Dmm CTE-12022F 變壓器箱重量： 70kg 5m 主機(jī)和變壓器之間的連線： CTE-2022KF/3000KF 掛壁式分體電暈處理機(jī),性能同 CTE-2022K/3000K 處理寬度：塑料膜 100

46、700mm（雙面）；金屬膜 100500mm（單面）體積： 200W200H 250Dmm 重量： 電源： ZW-1200A AC60V220V 使用簡(jiǎn) 潔一鍵操作 處理寬度：塑料膜 1000 1300mm（雙面）； 金屬膜 400 1100mm（單面） 體積： 250W200H 360Dmm 重量： 12kg ZW-2400A/3600A 電源： AC60V 220V 使用簡(jiǎn)潔一鍵操作 第 18 頁,共 25 頁高頻電暈機(jī) 主要用途：處理紡織品, 化纖布, 無紡布, 聚丙烯 （ PP,OPP）,聚氯乙烯 PVC ,硅橡膠等； 處理寬度： 200 600mm（雙面） 體積： 250W200H

47、360Dmm 重量： 12kg CTE-3000H 電源： AC220V （ 20%） 變壓器箱尺寸： 350W300H300Dmm變壓器箱重量： 35kg 主機(jī)和變壓器之間的連線： 5m 處理寬度：塑料膜 4001200mm（雙面） 體積： 250W200H 360Dmm 重量： 12kg 電源： AC220V （ 20%） 變壓器箱尺寸： 350W300H300Dmm變壓器箱重量： 35kg 主機(jī)和變壓器之間的連線： 5m 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： 250W200H 360

48、Dmm 重量： 12kg 電源： AC220V （ 20%） 變壓器箱尺寸： 350W300H300Dmm變壓器箱重量： 35kg 主機(jī)和變壓器之間的連線： 5m CTE-6000G 第 19 頁,共 25 頁RF 射頻低溫等離子體系列處理設(shè) 備 RF 射頻低溫等離子體其離子和電子的能量可 7-10eV ,可以處理聚丙烯（ PP, OPP）,聚乙烯 PE ,聚氯乙烯 PVC ,PO,聚苯乙烯 （ PS,BOPS）,高抗沖聚苯乙烯 （HIPS , 達(dá) ABS,聚酯（ PET, APET）,聚氨酯（ PUL）,聚甲醛,聚四氟乙烯,乙烯基,尼龍,（硅） 橡膠,玻璃,有機(jī)玻璃,金屬 , 金屬薄膜,紙等

49、各種材料制成的二維和三維物體； 即使是聚四氟乙烯或硅橡膠等極難處理的材料通過 也能達(dá)到 70 達(dá)因 / 厘米； RF 射頻低溫等離子體處理后其表面張 力 單電極射頻 RF 低溫等離子體成效 圖 這是單電極輻射式 RF 射頻低溫等離子體 大氣壓下放射出的線狀柱形低溫等離子體區(qū)； 在 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；特殊適合處理 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滑無損； 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

50、子體成效 圖 這是開放式噴射型 RF 射頻低溫等離子體 大氣壓下噴射出的低溫等離子體流；由于噴射 在 出的等離子體流為開放式,特殊適合處理各種 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！ 第 20 頁,共 25 頁RFD/F 系列產(chǎn)品主 機(jī) RFD/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. 電極長度： 120mm1000mm單 電極 ； 主4. 機(jī)尺寸： 250W200H360Dmm；5. 主機(jī)重量： 4kg； 6. 變壓器

51、尺寸： 250W400H 300Dmm； 7. 變壓器箱重量： 22kg； RFD/F 8. 主機(jī)和變壓器之間的連線： 2m； 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 包 裝 盒 的 玻璃瓶（丙稀酸樹脂）噴 印前處理 印前處理 涂作色前的等離子處理 各種箱包的印前或膠結(jié)前 燈罩膠結(jié)前 的處理 的表面處理 第 21 頁,共 25 頁（尼龍）保 玲球表面噴 復(fù)合樹脂 隱形眼鏡 鏡 片 的 膠 的 表 面 親 水 各種樹脂, 塑料,橡膠, 各種塑料 （密胺） 餐具 結(jié)面處理 處理 玻璃等板材的表面處理 印刷前的表面處理 涂或印刷前 的表面處理 第 22 頁,共 25 頁滑動(dòng)電弧放電二維或三維表面處理系列設(shè)備 低溫等離子體中粒子的能量一