低温等离子体射流聚合物表面改性实验报告

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1、低温等离子体射流聚合物表面改性实验姓名：班级：学号：引言：目前，在科学研究和工程技术中，低温等离子体领域的研究内容包括电弧等离子体、高频等离子体、微波等离子体、磁流体发电、等离子体加速、大气层中的超高速飞行、热离子能量转换、电子束和离子术技术、气体激光技术、等离子体化学等等。而高温等离子体研究的主要内容是受控热核聚变。等离子体物理在空间物理学、现代天体物理学、气体电子学、大规模集成电路加工制造、材料表面改性等领域有广泛应用。等离子体涉及许多学科领域――物理学、流体力学、气体动力学、热物理、化学、电磁学、材料科学等等。无论从事

2、上述那一方面等离子体科学与技术的研究和应用，都有必要对等离子体本身有一个基本的了解。本课程主要论述等离子体的基本性质、单粒子轨道理论、粒子碰撞理论、动力学理论、磁流体力学理论、带电粒子输运性质、各种放电原理及应用等。简介：低温等离子体放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体，也叫非平衡态等离子体.如果电子的温度和重粒子温度差不多，则为高温等离子体，或平衡态等离子体。低温等离子体中能量的传递大致为：电子从电场中得到能量，通过碰撞将能量转化为分子的内能和动能，获得能量的分子被激发，

3、与此同时，部分分子被电离，这些活化了的粒子相互碰撞从而引起一系列复杂的物理化学反应。因等离子体内富含的大量活性粒子如离子、电子、激发态的原子和分子及自由基等，从而为等离子体技术通过化学反应处理异味物质提供了条件。它是基于放电物理、放电化学、反应工程学的学科之上的交叉学科。近几十年来，有关等离子体技术的研究非常活跃，为合成新物质、新材料及环境污染治理等提供了一种新技术、新方法和新工艺。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降

4、解污染物的目的。例如：等离子电视，婴儿尿布表面防水涂层，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在电脑芯片中的蚀刻运用，让网络时代成为现实。高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99%。低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度很高）。低温等离子体体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。实验目的：（1）研究大气压低温等离子体射流的产生和其在聚合物表面处理方面的应用。（2）观察大气压氮低温等离子体射流的基本形态，掌握其产生和稳定的放电方法，了解介质阻挡

5、放电的物理本质。（3）通过该研究，培养学生形成实际动手操作和理论分析相结合的分析问题解决问题的能力。实验内容：实验是采用大气压下氩气低温等离子体射流对聚合物（聚乙烯薄膜）进行表面处理，以改善聚合物的表面能，提高其表面亲水能力与表面粘接强度。通过实验认识大气压放电等离子体的发生与其基本应用，包括低温等离子体射流的产生，了解大气压低温等离子体射流放电的一些基本现象。通过测量处理前后聚合物表面水接触角的变化，认识与了解大气压放电等离子体的发生与其基本应用，并进一步从等离子体物理与化学角度分析其内在机理。实验仪器：中频放电功率源，大

6、气压低温等离子体射流发生装置，气瓶，气体流量计，水接触角测试仪。实验原理：（1）介质阻挡放电大气压条件下，气体击穿需要很高的电压，所以空间电场通常很强，再加上大气压条件下电子碰撞电离概率比较高，所以气体放电很容易过渡到弧光放电。为了抑制弧光放电的产生，可以采取介质阻挡放电形式。介质阻挡放电又称无声放电，在外电场E1的作用下，气体中的电子被加速，当E1达到某一值E年是就会产生电子雪崩。气体被击穿，放电空间产生大量电子和离子。电子在电极表面的绝缘层沉积下来并建立一个内电场E2，该内电场的方向与外电场的方向相反。若忽略空间电荷场，

7、则放电空间的总电场由（E1+E2）决定。随着放电的发展，电极上积累的电荷足够多时，总电场地道不能再是电子加速到足够能量而产生碰撞电离。则放电熄灭。所以阻挡放电是一个不断产生熄灭的交替过程,产生的等离子体是典型的非平衡态低温等离子体。介质阻挡放电(DielectricBarrierDischarge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为10～10000。电源频率可从50Hz至1MHz。电极结构的设计形式多种多样。在

8、两个放电电极之间充满某种工作气体,并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖,也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。在实际应用中，管线式的电极结构被广泛的应用于各种化学反应器中，而平板式电