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氣體放電等離子體

氣體放電等離子體概念
氣體放電是產生低溫等離子體的有效途徑。氣體放電是一種放電現象，干燥的氣體本身是一種較好的絕緣體，把自由帶電粒子放入空氣中，就可以讓它變成導體。在帶有帶電粒子的氣體中放置兩個電極并通入電壓，電流會通過氣體，產生氣體放電現象。

等離子體最早是由英國物理學家Crookes發現的，他發現這種物體中包含有帶正負電荷的帶電粒子，是與常見的三種物質形態（固、液、氣）不同的第四種物質形態。等離子體具有粒子動能大，溫度高等一些獨特的優勢。它在物理和化學性質方面的優勢可以被應用在諸多領域。

氣體放電等離子體的分類
等離子體的分類方式有很多種，按照存在的狀態分類，可以將其分類為天然存在的等離子體與人工生成的等離子體。天然存在的等離子體是自然界與宇宙中自發產生并存在的。人工生成的等離子體是人們通過施加一些能量激發電離物質產生。按照氣體的電離度分類，可以將其分類為低溫等離子體和高溫等離子體。低溫等離子體指的是電離度小于1%，熱力學溫度在102～105K的等離子體。高溫等離子體指的是電離度大于等于1%，熱力學溫度在106～108K的等離子體。按照熱力學的平衡情況分類，可以將其分類為完全熱平衡等離子體、局部熱平衡等離子體和非熱平衡等離子體。高溫等離子體為完全熱平衡等離子體，它指等離子體內電子、離子和粒子溫度完全一致的等離子體。熱等離子體是局部熱平衡等離子體，它指等離子體內電子、離子和粒子溫度局部一致的等離子體。冷等離子體是非熱平衡等離子體，它指等離子體內電子溫度比離子和粒子溫度高。

等離子體氣體放電方式
氣體的放電形式有很多種，大致可以分成自持放電和非自持放電。氣體擊穿是非自持放電向自持放電的一個過程。等離子體主要是通過氣體放電產生的。微波放電、輝光放電、電弧放電、電暈放電和介質阻擋放電等是人工產生放電等離子體的常見氣體放電方式。

（1）微波放電
微波放電是一種在微波諧振腔內發生的氣體放電，它受到微波激勵源的激勵，通過傳輸線和波導傳輸微波能量。跟其它的氣體放電類型相比，微波放電具有粒子密度高、無電極污染和能量轉化效率高等優點。

（2）輝光放電
輝光放電，它是一種穩態的自持放電，它有亞輝光放電、反輝光放電和正常的輝光放電三種類型。其中正常輝光放電有陰極區、陽極區、正柱區、負輝區和法拉第暗區等五個放電氣隙區域。輝光放電的用途很廣泛，霓虹燈、原子光譜燈的制造都用到了輝光放電的原理。它還可以被應用到薄膜濺射沉積、等離子體刻蝕和等離子體化學氣相沉積等加工過程。

（3）電弧放電
電弧放電，它也是一種自持放電，相較于輝光放電，它的放電反應最強烈。電弧放電產生的等離子體是熱等離子體，在反應的時候，會產生高溫。電源會提供一個較大功率的電能，電弧的電極間電壓是幾十伏，在兩極間氣體或金屬蒸汽中連續通入幾安至幾十安的較強電流，而且會伴有強烈的光輝產生。電弧放電的應用十分廣泛，它可以被用來制造高光效的照明光源，也可用于對難熔金屬的切割和噴涂。

（4）電暈放電
電暈放電是指氣體介質在不均勻電場中的局部自持放電，是最常見的一種氣體放電形式。電暈放電是能在大氣壓下產生非熱平衡等離子體，可以被應用到半導體測量、靜電除塵和廢水處理等方面。

（5）介質阻擋放電
介質阻擋放電是有絕緣介質插入放電空間的一種氣體放電方式，在低氣壓和高氣壓下都可以產生相對均勻和穩定的等離子體。它的應用方向有等離子體材料表面改性、臭氧發生器、處理VOCs和污染控制等。大氣壓介質阻擋放電操作簡便，可以產生各種活性粒子，近幾年來一直是國內外研究人員關注的熱點問題。

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