大气压毛细管内等离子体射流特性与应用分析

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1、大连理工大学硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：叁垒匿筮查丝篁堕茎鱼兰生堕堕丝些坠垄望塑鱼作者签名导师签名：爱丧闻：二玺轻L日期：圣盟年』三月生日日期：哔年卫月4日大连理工大学硕士学位论文1绪论等离子体中

2、由于富含电子、离子、亚稳态分子以及活性自由基等成分，使其有着很好的化学物理活性，从而体现了很高的应用价值。而其中的低温等离子体物理与技术，经历了一个由20世纪60年代初的空间等离子体研究向80年代和90年代以材料为导向的研究领域的大转变，高速发展的微电子科学、环境科学、能源与材料科学等为低温等离子体科学的发展带来了新的机遇和挑战。现在，低温等离子体物理与应用已经是一个具有全球影响的重要科学与工程，对高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。据不完全统计，低温等离子体技术在半导体工业、材料防腐蚀、聚合物薄膜、等离子

3、体合成、等离子体煤化工、等离子体冶金、等离子体“三废"处理等领域的潜在市场每年可达一千几百亿美元IlJ。目前，多数低温等离子体是在几百帕的低气压下通过气体放电产生的，对于大规模工业生产，低气压等离子体存在投资高、应用复杂、难于批量处理等缺点，因此最适合用于工业生产的是大气压下放电产生的等离子体。大气压冷等离子体射流是近年来兴起的一种新的大气压类辉光等离子体发生技术，其良好的可控性和低温特点使之在定向刻蚀、材料表面改性、化合物细粉的制备、不规则形状工件表面处理以及灭菌消毒等应用领域表现出某些独特的优势，是当前国际上等离子

4、体应用领域的研究热点【5。25】。那么研究一种简单而实用的冷等离子体射流发生技术就成了一项很有意义的工作。1．1等离子体概述1．1．1等离子体基本概念1929年，朗缪尔(Langmuir)和托克斯(Tonks)在研究气体放电时首次将等离子体(plasma)一词用于物理学领域，用来表征所观察到的放电物质ll】。等离子体，即电离了的气体，当把气体加热或对其施加激光照射、高能粒子轰击等时，气体会部分电离或完全电离，其原子的外层电子会摆脱原子核的束缚成为自由电子，而失去外层电子的原子变成带电的离子。这样，原本中性的气体就转变成

5、由电子、原子、分子、各种离子和自由基等粒子组成的电离气体，被称为“等离子体”。根据印度天体物理学家沙哈(Saha)的计算，宇宙中99％的可见物质都处于等离子体状态。从炽热的恒星、灿烂的气态星云、浩瀚的星际间物质，到多变的电离层和高速的太阳风，都是等离子体的天下。地球上的生物生活在另外的1％中，人们最早见到的等离子体是火焰、闪电和极光。但当今人类已经接触到越来越多的等离子体，如荧光灯和霓虹灯里炫目的电弧、等离子体显示屏中彩色的放电、聚变装置中燃烧的等离子体等。大气压毛细管内等离子体射流特性及应用研究这些我们接触到的等离子

6、体大体上可按温度分为两类：高温等离子体和低温等离子体，其中高温等离子体一般是指温度为10L109K的受控核聚变等离子体；低温等离子体是在实验室和工业设备中通过气体放电或高温燃烧而产生的温度低于几十万度的部分电离气体，一般可分为热平衡等离子体(或热等离子体)和非热平衡等离子体(或冷等离子体)。1．1．2等离子体基本性质嘲1．等离子体中带电粒子密度及电离度通常情况下，等离子体主要是由三种粒子构成的：电子、离子和中性粒子。我们分别设他们的密度是ne，刀，和‰。在等离子体中，电子密度与离子密度是相同的，即r／e=r／，，宏观上

7、表现出电中性，这种电中性的特征是由等离子体中带电粒子本身作用的性质决定的。如果令玎表示中性气体原子原来的密度，则有玎=刀。+嘞=协+‰。在地球上自然存在的等离子体之所以很少见，是因为在常温下气体的电离度非常低。所谓电离度，就是气体中被电离的粒子数目与中性粒子数目之比。在气体处于热力学平衡时，电离度z由沙哈方程确定：3／z：坠一≈卫：2．4×loz·竺e一％(1．1)一ne+nan口11式中丁为温度，k为玻尔兹曼常量(1．38×10吨3J／K)，U为对应气体的电离能(最外层电子逸出所需的能量)。以氮气为例，在常温下，取T

8、=300K，na=3X1025m-a，U,=14．5eV，可以求得z=％／n≈10。力。由此可知，在常温下，气体电离度非常低，还不具有等离子体的性质。2．德拜屏蔽与德拜长度等离子体的电中性是宏观平均意义上讲的，因为等离子体中存在有大量正负电荷，每个带电粒子附近都存在电场，该电场被周围粒子的场屏蔽时，在一定的空间外显电中性。这种屏蔽