等离子体的应用

等离子体技术与应用学号队别专业姓名摘要等离子体作为物质存在的一种基本形态，自18世纪中期被发现以来，对它的认识和利用不断深化。我们知道，普通化学反应和化工设备中所产生的温度只有二千多度。而在各种形式的气体放电所形成的低温等离子体中电子温度可达一万度以上，足以造成各种化学键的断裂，或使气体分子激发电离，产生许多在通常条件下不能发生的化学反应，获得通常条件下不能得到的化合物或化工产品，并且获得的化合物与化工产品不会产生热分解。目前，等离子体技术已被广泛的用于国防、工业、农业、环境、通信等一系列国民经济发展领域，极大地推动了信息产业的发展，促进了工业科技进步。关键词等离子体微波放电隐身技术材料的表面改性微波等离子灯引言等离子体是由带电的正粒子、负粒子（其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体，其中正电荷和负电荷电量相等故称等离子体。他们在宏观上呈电中性的电离态气体（也有你液态、固态）。当温度足够高时，构成分子的原子也获得足够大的的动能，开始彼此分离，这一过程称为离解。在此基础上进一步提高温度，就会出现一种全新的现象，原子的外层电子将摆脱原子核的束缚而成为自由电子，失去电子的原子变成带正电的离子，这个过程叫电离。等离子体指的就是这种电离气体，它通常由光子、电子、基态原子（或分子）、激发态原子（或分子）以及正离子和负离子六种基本粒子构成的集合体。因此，等离子体也被称为物质的第四态。内容一、等离子的性质物质的第四态等离子体有着许多独特的物理、化学性质。只要表现如下：1)温度高、粒子动能大。2)作为带电粒子的集合体，具有类似金属的导电性能。等离子体从整体上看是一种导体电流体。3)化学性质活泼，容易发生化学反应。4)发光特性，可以作光源。二、等离子技术的应用2.1微波放电等离子体技术与应用通常，低气压、低温等离子体是在1～100pa的气体中进行直流或射频放电产生的。直流辉光发电首先被研究和应用，但该等离子体是有极放电，而且密度低、电离度低、运行气压高，这就限制了其应用的广泛性。随后，射频放电技术逐步被发展起来，这是一种无极放电，且等离子体工作与控制参数比辉光放电有所提高，因而获得了较广泛的应用。但是其密度和电离度仍较低，应用范围依然受到限制。微波放电初始阶段的物理过程如下。微波引入反应腔中建立起电磁场，反应气体中的电子在微波场作用下获得能量，与气体分子碰撞使其电离，从而得到更多的自由电子和离子；在电子、离子密度增加的同时，等离子体介质参数发生变化；另外，电子、离子还存在扩散和复合运动。这些作用使等离子体最终达到平衡状态。因此这是一种微波与等离子体互相作用的非线性过程。2.2等离子体隐身技术等离子体隐身技术就是利用磁化或非磁化冷等离子体（低温等离子体）来规避雷达探测系统的一种新技术。与广泛采用的外形和材料隐形技术相比，等离子体隐形技术有很多独特的优点：吸波频带宽，吸收率高，隐形效果好，使用简便，使用时间长，价格便宜，可以通过开关迅速地让等离子体产生和消失；由于没有吸波材料和吸波涂层，可极大地降低维护费用；此外，等离子体隐形技术不但不会影响飞行性能，还可以减少飞行器的阻力。等离子体能隐身是因为它对雷达波具有特殊的吸收和折射特性，使其反射回到雷达接收机的能量很少，使敌方的探测系统难以侦察和发现，从而达到武器装备的隐身目的。最常见等离子隐身包括折射隐身和吸收隐身。2.3等离子体对材料的表面改性从使用角度，多数工件往往是通过与材料表面有关的摩擦、磨损、腐蚀等现象而导致最后失效或破坏的，如道具和工模具的磨损、疲劳断裂，化工容器和管道的腐蚀、氧化锈蚀等。因此，材料表面改性不仅具有重要的理论研究价值，而且在工程上也具有极其重要的实用价值。材料表面改性的方法多种多样，除传统的表面和化学热处理、表面机械强化处理、电镀、堆焊和热喷涂工艺外，近代迅速发展起来的等离子体技术如等离子体源离子注入,等离子体物理气相沉积和等离子体化学气相沉积等方法受到了人们越来越大的关注。等离子体技术既可对金属材料，也可对非金属材料进行表面改性，增加材料的耐磨、耐蚀、浸润、防潮，改变对电磁波的吸收程度，半导体的绝缘保护等，它已经引起了人们的极大兴趣和重视，并逐渐发展成熟微一种新型的材料表面改性技术，在生产上得到了日益广泛的应用。在等离子体材料表面改性及合成薄膜工艺过程中，固体的表面将受到等离子体中大量的带电粒子和中性粒子（如离子、电子、原子、分子及基团）的辐射。等离子体并不是直接与基体或工件表面相接触，而是在它们之间存在着鞘层，固体表面呈负电位。特别是离子通过鞘层电场的加速而轰击到固体的表面，产生一系列的物理现象，如入射离子的注入和反射、表面原子反冲运动和溅射、二次电子的产生和发射等。2.4微波等离子灯微波等离子灯是利用频率为2450MHz电磁能量来激励硫粉等发光物质，使其在石英泡壳中形成等离子体并发光的无极放电灯，它具有全新的发光机理，是一种具有众多优点的新型光源。主要优点如下：（1）无电极污染（汞污染）和能量损耗；（2）光效高（100lm/W左右），其微波能量利用率高，节约能越；（3）光色好（色温6000k左右，显色指数Ra在80左右）；（4）光源可调，能通过电源控件实现20%～100%之间的大范围连续调光；（5）光维持率高，燃点10000h后光衰小于3%；（6）似太阳光连续光谱，紫外和红外辐射较低，人体感觉更舒服自然。二、前景近年来，微波放电已经发展成为气体放电物理和技术研究中的新兴领域并且得到了广泛的应用。通过使用适当的微波腔，微波放电可以再工作气压从几个大气压到0.001pa之间有效地建立和维持。高气压、高温微波放电被用于等离子体切割、冶金、喷涂等热处理方面；低气压、低温微波放电被用于等离子体镀膜、刻蚀、表面清洗等方面。在军事高技术迅速发展的时代，以牺牲飞机的气动性能为代价的传统隐身技术正面临挑战。“等离子体隐身技术”正在逐渐从实验室走向实用化。等离子体隐身技术，是指产生并利用在武器装备(例如飞机、舰船等)表面形成的等离子体云来实现规避电磁波探测的一种隐身技术。与隐身外形、隐身材料和隐身结构等传统的隐身技术相比，等离子体隐身技术在许多方面具有独特的优势，它可以在武器装备几乎不作任何结构和性能上的改变的情况下，通过控制武器装备表面的等离子体云的特征参数，如能量、电离度、振荡频率等，来满足各种特定要求，使敌方雷达难以探测，甚至还能改变雷达反射信号的频率，使敌方雷达测到虚假信号，以实现信息欺骗，从而达到隐身目的，是21世纪隐身技术的重要发展方向。参考文献[1]许根慧，姜恩永，盛京等编著《等离子体技术与应用》化学工业出版社2006年出版[2]赵青，刘述章，童洪辉编著《等离子体技术及应用》国防工业出版社2009年出版