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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(tǒng)稱。在等離子體產(chǎn)物中通常會存在著大量帶電粒子(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。

按照等離子體整體是否達(dá)到平衡態(tài),將等離子體整體已經(jīng)達(dá)到平衡態(tài)的叫做平衡熱力學(xué)等離子體,將不能達(dá)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(dá)到平衡態(tài)的等離子體稱為準(zhǔn)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(jù)溫度分類以及根據(jù)熱力學(xué)平衡狀態(tài)分類又是相互交叉的。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)生過程中通常借助放電實(shí)現(xiàn),該方法的主要思路是讓處于電場中的電子動能快速增大,以及處于兩電極之間的氣體碰撞概率增大、次數(shù)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)等裝置來得到等離子體。

對于傳統(tǒng)意義上產(chǎn)生等離子體的技術(shù)來說,存在著諸多限制等離子體技術(shù)廣泛應(yīng)用的問題,例如需要較高的擊穿電壓擊穿氣體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生等離子體;放電間隙相對較短;活性粒子能量較低,無法處理體積較大的物體;并且整體實(shí)驗(yàn)條件十分苛刻的問題。著眼于目前限制應(yīng)用的這些棘手的問題,研究者們通過不斷地摸索新的方法,設(shè)計(jì)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,并對周圍的處理物進(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放空間中得到;激發(fā)裝置靈活多變、操作便捷;實(shí)驗(yàn)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(wěn)定;處理時間短、效率高;不宜殘留、無污染的優(yōu)點(diǎn),因此受到了極大的關(guān)注,現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、材料處理、薄膜沉積以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,對生產(chǎn)生活具有重要意義。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中,APPJ技術(shù)有獨(dú)特的優(yōu)勢。在育種時,種子經(jīng)過APPJ處理之后,可激發(fā)種子的活性,并且不會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(tuán)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特別要求,因此在薄膜加工方面有較好的應(yīng)用前景。

生物醫(yī)學(xué)方面,等離子體已經(jīng)應(yīng)用在了很多醫(yī)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)域都有顯著的效果。