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等離子體是對被剝奪電子后的原子及被電離后的原子產(chǎn)生的離子化氣體狀物質(zhì)的統稱(chēng)。在等離子體產(chǎn)物中通常會(huì )存在著(zhù)大量帶電粒子(例如OH-、H2O+)、活性物質(zhì)、以激發(fā)態(tài)存在于環(huán)境中的O2和N2以及紫外線(xiàn)。

按照等離子體整體是否達到平衡態(tài),將等離子體整體已經(jīng)達到平衡態(tài)的叫做平衡熱力學(xué)等離子體,將不能達到整體平衡態(tài)的叫做非平衡熱力學(xué)等離子體,而對于將要達到平衡態(tài)的等離子體稱(chēng)為準熱力學(xué)等離子體。由于溫度與熱平衡態(tài)是息息相關(guān)的,因此根據溫度分類(lèi)以及根據熱力學(xué)平衡狀態(tài)分類(lèi)又是相互交叉的。高溫等離子體通常指的就是平衡熱力學(xué)等離子體,低溫等離子體一般指的是非平衡熱力學(xué)等離子體。在等離子體的產(chǎn)生過(guò)程中通常借助放電實(shí)現,該方法的主要思路是讓處于電場(chǎng)中的電子動(dòng)能快速增大,以及處于兩電極之間的氣體碰撞概率增大、次數增多,將氣態(tài)原子和分子從較低的能態(tài)激發(fā)到較高的能態(tài)而產(chǎn)生等離子體。在實(shí)際有關(guān)產(chǎn)生等離子體的研究中通常使用介質(zhì)阻擋放電(DBD)、表面介質(zhì)阻擋放電(SDBD)、大氣壓等離子體射流(APPJ)等裝置來(lái)得到等離子體。

對于傳統意義上產(chǎn)生等離子體的技術(shù)來(lái)說(shuō),存在著(zhù)諸多限制等離子體技術(shù)廣泛應用的問(wèn)題,例如需要較高的擊穿電壓擊穿氣體實(shí)現產(chǎn)生等離子體;放電間隙相對較短;活性粒子能量較低,無(wú)法處理體積較大的物體;并且整體實(shí)驗條件十分苛刻的問(wèn)題。著(zhù)眼于目前限制應用的這些棘手的問(wèn)題,研究者們通過(guò)不斷地摸索新的方法,設計出了一種新的等離子體產(chǎn)生方式——APPJ。APPJ技術(shù)是指可以在大氣壓的開(kāi)放條件下,受到高壓與氣流等因素的影響,產(chǎn)生噴射狀的等離子體射流,并對周?chē)奶幚砦镞M(jìn)行處理的放電技術(shù)。其發(fā)生裝置主要包括高壓電極、噴嘴、工作氣體等部分,如圖1-1就是典型的APPJ裝置示意圖。

APPJ等離子體射流具備可以在開(kāi)放空間中得到;激發(fā)裝置靈活多變、操作便捷;實(shí)驗安全性高;射流的氣體溫度接近室溫;較低的激發(fā)電壓;射流較為均勻和穩定;處理時(shí)間短、效率高;不宜殘留、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn),因此受到了極大的關(guān)注,現在已經(jīng)廣泛應用在農業(yè)、材料處理、薄膜沉積以及生物醫學(xué)等領(lǐng)域,對生產(chǎn)生活具有重要意義。

農業(yè)領(lǐng)域中,APPJ技術(shù)有獨特的優(yōu)勢。在育種時(shí),種子經(jīng)過(guò)APPJ處理之后,可激發(fā)種子的活性,并且不會(huì )對種子造成基因污染。

材料處理方面,由于等離子體射流中富含電離空氣產(chǎn)生的帶電粒子、活性基團等,并且不同的電離氣體可以產(chǎn)生不同的帶電粒子,因此APPJ在材料的改性中有重要作用。

薄膜沉積方面,等離子體射流產(chǎn)生的活性粒子可以直接對處理物進(jìn)行處理,對處理物的形狀并無(wú)特別要求,因此在薄膜加工方面有較好的應用前景。

生物醫學(xué)方面,等離子體已經(jīng)應用在了很多醫學(xué)領(lǐng)域中,研究表明,等離子體在癌癥、皮膚病、口腔治療及新冠病毒滅活等領(lǐng)域都有顯著(zhù)的效果。