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等离子体
阅?#31890;?9211时间:2011-02-14 10:58:32

  等离子体是和固体、液体、气体同一层次的一种物质存在形态,是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体?#27425;?#36136;,又被称为电浆。其最特出的特征是: Coulomb Van der Waals 。可以同时存在中性原子、分子或由更多分子集团组成的微粒(如尘埃微粒、 cluster、等)。

简介

  含有足够数量的自由带电粒子,有较大的电导率,其运动主要受电磁力支配的 物质状态。等离子体由带正电的离子和带负电的电子,?#37096;?#33021;还有一些中性的原 子和分子所组成。等离子体在宏观上一般是电中性的,即它所含有的正电荷和负 电荷?#36127;?#22788;处相等。由于带电粒子之间的作用主要是长程的库仑力,每个粒子都 同时和周围很多粒子发生作用,因此等离子体在运动过程中一般表现出明显的集 体?#24418;?#31561;离子体的性质不同于固体、液体和气体,常称为物质的第四态。

  闪电、极光等是地球上的天然等离子体的辐射现象。电弧、日光灯中发光的 电离气体,以及实验室中的高温电离气体等是人造的等离子体。 在地球以外,如围绕地球的电离层、太阳及其他恒星、太阳风、很多种星际 物质,都是等离子体。天然的等离子体在地球上虽不多见,但在宇宙间却是物质 存在的主要形式,它占宇宙间物质总量的绝大部分。

获得方式

  等离子体由自然产生的称为自然等离子体(如北极光和闪电),由人工产生的称为实验室等离子体。实验室等离子体是在有限容积的等离子体发生器中产生的。如果环境温度较低,等离子体能够通过辐射和?#21364;?#23548;等方式向壁面传递能量,因此,要在实验室内保持等离子体状态,发生器供给的能量必须大于等离子体损失的能量。不少人工产生等离子体的方法(如爆炸法、激波法等)产生的等离子体状态只能?#20013;?#24456;短时间(10□~10□秒左右),而有工业应用价值的等离子体状态则要维持较长时间(几分?#21448;?#20960;十小时)。能产生后一种等离子体的方法主要有:直流弧光放电法、交流工频放电法、高频感应放电法、低气压放电法(例如辉光放电法)和燃烧法。前四种放电都用电学手段获得,而燃烧则利用化学手段获得。

条件

  空间尺度要求 :等离子体线度远大于德拜长度

  lD << L

  时间尺度要求:等离子体碰撞时间、存在时间远大于特征响应时间

  t >> tp

  集合体要求:在德拜球中粒子数足够多,具有统计意义

  ND = ne (4 plD3 /3 )  >> 1

分类

  等离子体按其电子温度10000℃为界,分为高温等离子体和低温等离子体。

  高温等离子体是高于10000℃的等离子体,如聚变、太阳核心

  低温等离子体是低于10000℃的等离子体,分为:

  冷等离子体Te≠Ti, Ta,如极光、日光灯

  热等离子体Te=Ti, Ta,如电弧、碘钨灯

应用

  1 冷等离子体应用

  等离子体的化学过程:刻?#30784;?#21270;学气相沉积(成膜)

  等离子体材料处理:表面改性、表面冶金

  光源:冷光源(节能)

  典型应用:

  特征类金刚石表面制造

  实验室与日本原子力所先进科学研究中心合作,开展了非平衡薄膜表面制造的研究,成功第地制备?#22235;?#31859;尺度的针状表面、波纹表面,树枝状表面、正弦表面等表面结构,其中波纹表面,是应用薄膜生长过程的自组织过程中直接形成的。

  毫米级厚金刚石片制备研究

  应用PCVD方法开展金刚石模制备研究开展了多年,对制备过程中物理化学及工艺过程进行了?#20302;?#30740;究。可以稳定地制备高质量毫米量级厚度的金刚石片,并用金刚石膜加工成金刚石电子热沉片,热导率高达7.6W/(k·cm),可用于大功率电子器件。

  2 热等离子体应用

  高?#24405;?#28909;:冶金、焊接、切割

  材料合成、加工

  陶瓷烧结、喷涂、三废处理

  光源:强光源

  3 等离子体军事及高技术应用

  军事应用:等离子体天线、等离子体隐身、等离子体减阻、等离子体鞘套、等离子体诱饵

  高技术:大功率微波器件、X射线激光、强流束技术、等离子体推进

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