等離子清潔去污原理

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-08-22

等離子體作為物質的第四態，與其他三態物質不僅在物理狀態上有所不同，在基本性質上也有著根本的不同。如圖（1）所示，是以水例，物質形態不斷變化的過程示意圖。由于外界不斷輻射的能量，冰被加熱，從固體融化為液體，液體再蒸發成氣體，氣體再電離，最后變成等離子體。從宏觀上來看，等離子體是一團呈電中性的高活性氣體。微觀上看，等離子體是由大量的電子、正負離子、高活性分子及原子等粒子組成。

圖 1-1 物質形態變化的示意圖

等離子清潔去污包含著物理轟擊與化學反應雙重作用過程，通過化學或物理作用對工件表面進行處理，可以實現分子水平的污染物去除，從而提高工件表面活性。

等離子清潔去污原理可以總結為下列幾個方面:

（1）激發作用
在電場中獲得能量的電子，通過碰撞將帶有的能量傳遞給污染物氣體中的分子或者原子，這些粒子獲得能量后會處于激發態，同時伴隨著分子或者原子的物理活性和化學活性的提高。反應式如下：
e+A→e+A*
e+A₂→e+A₂*
e+AB→e+AB*

（2）附著作用
等離子體中的高能電子在電場的作用下，高速碰撞污染物的分子，將會使污染物分子最外層的電子分離出去，分子發生電離，形成一個正離子和一個電子。在電場的作用下，離子向電極移動的移動過程中會與其他顆粒聚集，最后發生沉降。而分離出去的電子則又會去碰撞別的分子。反應方程式如下：
e+AB→A⁺+B
e+A2→e+A⁺+A^-
e+AB→e+A⁺+B^-

（3）化學鍵破壞作用
在一般放電情況下，低溫等離子體中電子能量大約在1~10eV。而大部分污染物分子結構中的化學鍵鍵能不超過10eV，低溫等離子體中的高能電子會撞擊污染物分子，使分子裂解成自由基。例如有機物污染物苯中的C-H鍵鍵能為4.9eV，當等離子體中電子的能量足夠高時，苯穩定的化學環狀結構會在電子的撞擊下被破壞，分解成兩個或者多個高活性粒子。表1-1給出了一些化學鍵鍵能大小。

表 1-1 化學鍵鍵能

（4）化學作用
等離子體中的強氧化性物質和高能活性基團，例如O₃、OH、O、N等，會與污染物或者污染物分解的活性粒子基團發生一系列鏈式反應，將污染物氧化成水、二氧化碳、及其其他綠色產物。例如有機污染物會與等離子體中其他的活性基團反應生成水和二氧化碳。反應式如下：
O₂＋e^－→2O※+e^－
O※＋有機物→CO₂+H₂O

由于等離子體可以在常壓和常溫條件下產生，不需要借助任何化學試劑或特殊環境條件,且等離子體處理過程中會生成大量的活性反應物，這些活性物質可以與材料表面的污染物發生反應，將材料表面的物質轉變為氣態去除，因此，等離子清潔被認為是一種快速廉價的去污方法，已被廣泛應用于材料的表面去污。

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