等离子清洗的应用与技术研究

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等离子清洗的应用与技术研究

1 引言 等离子清洗的应用,起源于20世纪初,随着高科技产业的快速发展,其应用越来越广,目前已在众多高科技领域中,居于关键技术的地位,等离子清洗技术对产业经济和人类文明影响最大,首推电子资讯工业,尤其是半导体业与光电工业。等离子清洗已应用于各种电子元件的制造,可以确信,没有等离子清洗技术,就没有今日这么发达的电子、资讯和通讯产业。此外,等离子清洗技术也应用在光学工业、机械与航天工业、高分子工业、污染防治工业和量测工业上,而且是产品提升的关键技术,比如说光学元件的镀膜、延长模具或加工工具寿命的抗磨耗层,复合材料的中间层、织布或隐性镜片的表面处理、微感测器的制造,超微机械的加工技术、人工关节、骨骼或心脏瓣膜的抗磨耗层等皆需等离子技术的进步,才能开发完成。等离子技术是一新兴的领域,该领域结合等离子物理、等离子化学和气固相界面的化学反应,此为典型的高科技产业,需跨多种领域,包括化工、材料和电机,因此将极具挑战性,也充满机会,由于半导体和光电材 料在未来得快速成长,此方面应用需求将越来越大。

2 等离子清洗技术的原理

2.1 什么是等离子体等离子体是物质的一种存在状态,通常物质以固态、液态、气态3种状态存在,但在一些特殊的情况下可以以第四种状态存在,如太阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态,又称为物质的第四态。

等离子体中存在下列物质。处于高速运动状态的电子;处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子;分子解离反应过程中生成的紫外线;未反应的分子、原子等,但物质在总体上仍保持电中性状态。

2.2 如何用人工方法制得等离子体

除了在自然界已存在的等离子体以外,用人工方法在一定范围内也可以制得等离子体。最早是在1927年,当水银蒸气在高压电场中放电时由科研人员发现等离子体。后面的发现是通过多种形式,如电弧放电、辉光放电、激光、火焰或者冲击波等,都可以使处于低气压状态的气体物质转变成等离子体状态。

如在高频电场中处于低气压状态的氧气、氮气、甲烷、水蒸气等气体分子在辉光放电的情况下,可以分解出加速运动的原子和分子,这样产生的电子和解离成点有正、负电荷的原子和分子。这样产生的电子在电场中加速时会获得高能量,并与周围的分子或原子发生碰撞,结果使分子和原子中又激发出电子,而本身又处于激发状态或离子状态,这时物质存在的状态即为等离子体状态。 在一般资料中常可以见到用下述反应式表述的等离子体形成过程。

如氧气等离子体形成过程即可用下列6个反应式来表示:

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