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低壓等離子體和常壓等離子體

Jul. 31, 2023

等離子體（Plasma）是區別于固態、液態以及氣態之外的另一種物質存在形式，稱之為物質的第四態。主要由帶電的正粒子、負粒子（包括正離子、負離子、電子、自由基和各種活性基團等）組成的集合體，其中正離子和負離子（電子）的數目相等，因此，又被稱為等離子體。

等離子體廣泛存在于宇宙當中，99%以上的物質都是以等離子狀態存在，由于等離子體區別于固液氣三態的獨特性質（如電磁性質），因此被稱為物質的第四態。等離子體可以依據電子能量狀態、氣體溫度和離子密度的不同，而被分為高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體通常指核聚變等離子體，其等離子體密度很大，實驗室難以產生；低溫等離子體又可分為平衡等離子體和非平衡等離子體，平衡等離子體中電子溫度和氣體溫度幾乎相同(幾十eV)，一般壓力在大氣壓以上，溫度在2000K—50000K體系處于平衡狀態因而被稱之為平衡等離子體；非平衡等離子體電子溫度遠高于氣體溫度(室溫左右)，體系出于非平衡狀態，因此被稱為非平衡等離子體。

低溫等離子體的分類

依據低溫等離子體工作氣體氣壓不同，又可將其分為低壓等離子體和常壓等離子體。低壓等離子體在真空狀態下產生，而常壓等離子體在大氣壓下產生。

低壓等離子體

依照放電方式分類，低壓等離子體可分為直流輝光放電(DC)等離子體和射頻輝光放電(RF)等離子體。低壓的氣體受到較高電壓激發，管內電子在電場作用下和中性粒子發生碰撞而電離產生的放電現象即為輝光放電現象，由此產生的等離子體為輝光放電等離子體。輝光放電等離子體的電壓較高，但是電流較低。直流輝光放電等離子體電源為直流電源，而射頻輝光放電等離子體的電源為高頻交流電源。相比于輝光放電等離子體，射頻輝光放電等離子體具有更高的工作氣壓及更低的電壓。

低壓等離子體和常壓等離子體

低壓等離子體

常壓等離子體

相比于低壓等離子體，常壓等離子體具有更低的分子自由程，因此活性組分分子碰撞更為頻繁，常壓等離子體的溫度略高于低壓等離子體溫度。常壓等離子體主要包括介質阻擋放電(DBD)等離子體和冷等離子體射流。由于介質阻擋放電電極之間有絕緣電介質，所以需要交流電源。當極板間電勢足夠大時，氣體被擊穿形成等離子體，絕緣電介質使得等離子體分布均勻。冷等離子體射流是在開放式的極板間通高頻交流電流產生等離子體，并通過高速流動的工作氣體，將等離子體吹入工作區域。

低壓等離子體和常壓等離子體