等离子体分类


根据不同的标准,等离子体有不同的分类方法。根据是否有人为的因素将其分为自然等离子体(广泛存在于宇宙空间)和人工等离子体(人们根据自己的意愿在特定环境下人工制造出来的,它是人们对等离子体研究和应用的结果)。

根据电离程度可分为完全电离、部分电离和弱电离三种。

根据等离子体活性粒子密度的不同可分为稠密等离子体和稀薄等离子体。

可以根据不同方法产生的等离子体来分类,由不同方法产生的等离子体其性能很不相同,并有不同的用途。
等离子体分类
等离子体分类

在等离子体应用于材料表面改性的技术,根据等离子体放电气压的不同,分为低压等离子体和常压等离子体。
低压等离子体制备时使用的气体稀薄,它的压力只有几百个帕斯卡,当采用直流电压或高 频电压做电场时,由于电子的质量很小,在电场中容易得到 加速,从而可获得平均可达数电子伏特的高能量,而离子由 于质量较大很难被电场加速,由于气体粒子温度较低(具有 低温特性),因此把这种等离子体又称为低温等离子体。由 于气体密度很低所以用温度计测得的温度与外界环境的温度 相差无几,所以实际上是低温等离子体。 常压等离子体,当使用的气体密度较高,它的压强处于 接近常压状态并从外界给它大量能量时,粒子之间的相互碰 撞频率大大增加,各种微粒的温度大大提高,所以把这种条 件下得到的等离子体又称为高温等离子体,太阳就是自然界 中的高温等离子体。目前投人使用的主要是低温等离子体, 但接近常压的等离子体的应用正在增加。

根据产生等离子体时使用的气体的化学性质不同,可分为不活泼气体等离子体和活泼气体等离子体两类,不活泼气体如氢气(Ar)、氮气(N2)、氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)等,活泼气体如氧气(O2)、氢气(H2)等,不同类型的气体在清洗过程的反应机理是不同的,活泼气体的等离子体具有更强的化学反应活性。


大多数情况下,等离子体是按照温度来分类的:可将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体,如太阳、受控热核聚变等离子体和激光聚变等离子体等,其热力学温度为106-108K,又称为完全热力学平衡等离子体。其中,按热力学性质的不同,低温等离子体又可以分为热平衡等离子体和非热平衡等离子体。二者的的界线就是等离子体电离时的温度和主体温度(宏观温度)的区别,非热力学平衡等离子体的宏观温度远小于等离子体电离时的电子温度,所以又称冷等离子体电子温度,其中Te为3×102-105K。当等离子体的中性粒子温度与电子温度局部达到热力学平衡时,我们把这种等离子体叫局部热力学平衡(Local Thermodynamic Equilibrium,LTE)等离子体,其热力学温度为103-105K。近年来,低温等离子体技术广泛应用在化学合成反应、聚合反应、等离子体镀膜、表面处理和功能膜制备等领域。例如:电晕放电等离子体技术的表面处理,溅射制膜和辉光放电催化反应等,已取得不少成就。特别值得注意的是,由于受到热力学平衡条件的限制,某些化学反应在一般条件下不可能或难以进行,但利用非平衡等离子体可使反应在低温下获得高能量,激活反应分子,进而形成活性原子、离子和自由基等活性物种,从而使得反应能够在较缓和的环境下进行。

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