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低溫等離子體及其應用介紹
低溫等離子體技術
等離子體通常被簡單定義為部分電離的氣體，它由激發態的原子和分子、正負離子、自由基、電子、光子等 組成，整體表現出電中性。等離子體一般分為平衡態等離子體和非平衡態等離子體。平衡態等離子體也稱為熱等離子體，它的特點是內部所有的粒子，都達到了熱平衡的狀態。實際上，要使電子和離子以及原子達到熱平衡，必須具有非常高的壓力和溫度。熱等離子體的典型事例是恒星。顯然，熱等離子體是不適宜用來處理材料的，因為地球上沒有哪種材料能夠耐受熱等離子體的溫度。與熱等離子體相比，低溫等離子體的溫度僅在室溫程度或者稍高，電子具有比離子和原子更高的溫度，一 般能夠達到 0.1~10 個電子伏。而且由于氣體的壓力低， 電子與離子之間的碰撞很少，因而不能達到熱力學平 衡。由于低溫等離子體的溫度在室溫范圍，因而可以在材料領域內獲得應用。
低溫等離子體通常通過氣體放電的形式獲得。根據放電形式的不同，低溫等離子體可以分為下述幾種：
輝光放電(GlowDischarge)
輝光放電屬于低氣壓放電(low pressure discharge)，工作壓力一般都低于10mbar，其構造是在封閉的容器內放置兩個平行的電極板，利用電子將中性原子和分子激發，當粒子由激發態(excited state)降回至基態(ground state)時會以光的形式釋放出能量。電源可以為直流電源也可以是交流電源。每種氣體都有其典型的輝光放電顏色(如下表所示)，熒光燈的發光即為輝光放電。因此，實驗時若發現等離子的顏色有誤，通常代表氣體的純度有問題，一般為漏氣所至。輝光放電是化學等離子體實驗的重要工具，但因其受低氣壓的限制，工業應用難于連續化生產且應用成本高昂，而無法廣泛應用于工業制造中。到2013年止的應用范圍僅局限于實驗室、燈光照明產品和半導體工業等 。
電暈放電(CoronaDischarge)
氣體介質在不均勻電場中的局部自持放電。是最常見的一種氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場強度超過氣體的電離場強，使氣體發生電離和激勵，因而出現電暈放電。發生電暈時在電極周圍可以看到光亮，并伴有咝咝聲。電暈放電可以是相對穩定的放電形式，也可以是不均勻電場間隙擊穿過程中的早期發展階段 。
介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)
介質阻擋放電(DBD)是有絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電又稱介質阻擋電暈放電或無聲放電。介質阻擋放電能夠在高氣壓和很寬的頻率范圍內工作，通常的工作氣壓為10～10。電源頻率可從50Hz至1MHz。電極結構的設計形式多種多樣。在兩個放電電極之間充滿某種工作氣體,并將其中一個或兩個電極用絕緣介質覆蓋,也可以將介質直接懸掛在放電空間或采用顆粒狀的介質填充其中，當兩電極間施加足夠高的交流電壓時，電極間的氣體會被擊穿而產生放電，即產生了介質阻擋放電。在實際應用中，管線式的電極結構被廣泛的應用于各種化學反應器中，而平板式電極結構則被廣泛的應用于工業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 。
低溫等離子體殺菌消毒技術的應用
低溫等離子體消毒技術的優勢非常突出，基本集中了其他多種殺菌消毒技術的各種優勢，比如該技術和干熱滅菌、高壓蒸汽滅菌相比而言，消毒滅菌的時間消耗更短。和化學滅菌方法相較而言，具有低溫的優勢，可以在多種物品、材料中應用。尤其是將電源切斷后，各種活性粒子可以快速消失，只有數豪秒鐘時間，并不需要特意通風，對操作人員也不會造成任何傷害，因此更加安全可靠，值得廣泛推廣。
低溫等離子體的電離率較低，電子溫度遠高于離子溫度，離子溫度甚至可與室溫相當。所以低溫等離子體是非熱平衡等離子體。低溫等離子體中存在著大量的、種類繁多的活性粒子，比通常的化學反應所產生的活性粒子種類更多、活性更強，更易于和所接觸的材料表面發生反應，因此它們被用來對材料表面進行改性處理。
