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等離子體清洗技術(shù)分為低氣壓等離子體清洗技術(shù)和大氣壓等離子體清洗技術(shù),其中低氣壓放電等離子體清洗技術(shù)可根據(jù)放電形式的不同分為射頻放電和輝光放電;用于大氣壓放電等離子體清洗技術(shù)的氣體放電形式主要有射流等離子體和介質(zhì)阻擋放電(DBD)兩類清洗技術(shù)。

低氣壓放電等離子體清洗技術(shù)

在低氣壓條件下,由于氣體密度低,電子、中性粒子幾乎不發(fā)生碰撞而損失能量,增加了粒子的平均自由程,活性粒子與污染物結(jié)合的概率增大。其中,射頻放電等離子體技術(shù)是利用射頻能量產(chǎn)生高頻的交變電磁場,促使氣體激發(fā)電離從而形成等離子體。射頻放電等離子體裝置如圖1所示。由于射頻放電的能量高且范圍較大,目前廣泛應(yīng)用于污染物的清洗與材料表面改性。

低氣壓等離子體裝置示意圖 

輝光放電是在低氣壓下常見的氣體放電形式。通常在低氣壓環(huán)境下,通過施加直流高壓或者交流高壓在兩個(gè)電極之間形成輝光放電等離子體。在輝光放電等離子體中,電子能量高且密度大,輝光等離子體中含有多種粒子,它們之間發(fā)生著復(fù)雜的碰撞和能量交換過程。在電場的作用下,電子和離子可以與材料表面的污染物發(fā)生反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)清洗的目的。

大氣壓放電等離子體清洗技術(shù)

如上所述,盡管低氣壓條件下能夠有效清洗材料,但通常需要復(fù)雜的真空系統(tǒng),并且對實(shí)驗(yàn)條件的要求較高,顯著增加了成本。相較于真空下清洗,大氣壓等離子體清洗擺脫了真空系統(tǒng)的限制,且能夠產(chǎn)生更多有利于清洗的活性粒子,更適合低成本、高效的在線清洗工藝。大氣壓下的等離子體清洗技術(shù)主要分為兩種:大氣壓等離子體射流清洗技術(shù)和大氣壓DBD等離子體清洗技術(shù)。

(1) 等離子體射流清洗技術(shù)

大氣壓等離子體射流通常是通過噴頭產(chǎn)生的,其中噴頭內(nèi)部連接著高電壓源(例如脈沖源、微波源或射頻源),內(nèi)部電極與之連接,而外部電極則接地。工作時(shí),高速的工作氣體從中間通入噴頭,通過高壓電離和激發(fā)氣體,產(chǎn)生高能量密度的等離子體。隨后,等離子體隨著氣流被噴射出來,形成噴射狀的等離子體射流。大氣壓等離子體射流清洗可進(jìn)行定點(diǎn)定位清洗,操作簡便,目前廣泛應(yīng)用在材料表面改性、金屬表面除油污等。

(2) DBD等離子體清洗技術(shù)

DBD是一種將絕緣介質(zhì)插入兩放電電極之間的一種氣體放電形式,在電極之間插入介質(zhì)可以很好的避免電極之間的氣體被擊穿形成電弧放電或火花放電,是一種較為穩(wěn)定的放電形式，因此DBD等離子體被廣泛應(yīng)用在材料改性、合成臭氧、生物醫(yī)學(xué)、揮發(fā)性有機(jī)污染物降解等方面。相比于其他放電等離子體技術(shù),DBD由于具有結(jié)構(gòu)簡單、放電條件溫和,并且其放電面積較大,可以有效提升清洗效率,以及操作安全可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)受到國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。