|
什么是等离子?什么是等离子?
等离子物理学等离子体是物质的第四种状态,可以在高能量下达到。通常,当固体中的原子获得足够的能量时,它会进入液相,然后继续相变到更高能级的气相,然后在极高的温度下形成等离子体。在典型的等离子体中,原子中的部分或全部电子获得足够的能量来克服核势垒,并形成电离气体。因此,等离子体包含自由电子离子并且能够导电。由于原子通常是中性的,因此等离子体是电中性的。等离子体可能包含磁场,因为移动的电荷会产生磁场。 等离子体温度等离子体没有足够的凝聚,以至于其组成粒子经常相互碰撞,因此等离子体中的能量传递和热平衡与气相不同。将电磁场施加到等离子体上,它可能会变得不稳定并在其中出现一堆非常快的粒子,因此等离子体在同一时间可以在不同部分具有不同的温度;因为太阳日冕(由等离子体构成)的温度可达数百万度,而太阳表面的温度约为数千度(图 1)。
电磁相互作用由于电子-离子分离,电磁相互作用在等离子体中非常重要。此外,与气相相比,这些相互作用可以发生在更远的距离。因此,等离子体中的波或它的有组织运动非常重要。它的另一个显着特征是它可以通过使用磁场来限制(图 2),这是聚变能研究中使用的一种能力。
图 2. 利用加热的电离空气阻止爆炸的冲击波
宇宙中的等离子体等离子体是宇宙中最丰富的物质形式,因为所见宇宙的 99% 都是等离子体形式。在北极和南极看到的恒星、星云和极光都是由等离子体构成的。我们也可以在日常生活中以荧光灯泡或霓虹灯灯泡中的闪电导电气体的形式看到它。此外,它也是科学家们最喜欢研究的领域。
等离子体物理学有什么用?Plasma在不同领域有各种应用,这里提到其中一些: n 医学科学 2 愈合伤口 2 癌症治疗 2 改善骨骼愈合 2 消除生物危害 n 清洁环境和表面(等离子清洁) n 功能化不同的表面 2 制作亲水或疏水表面(您可以在此处阅读更多相关信息:亲水性和疏水性) n 制造计算机芯片 n 等离子电视 n 等离子灯或地球仪 n 核能反应堆 n 电子枪 n 火箭推进 n 等离子刀 n ……
图 3. 触摸等离子灯,电子往往会通过身体放电
真空等离子 等离子是 Irving Langmuir(翻译:歐文朗繆爾) 于 1972 年发现的物质的第四种状态。其他已知的状态是固体、气体和液体。等离子体是通过低压气室(低能量、低温、低压)内的辉光放电产生的。等离子体生成过程包括在真空玻璃室中进行气体电离。该过程可能会受到等离子气体类型、施加电压和流速等参数的影响。
真空中产生的等离子被用作表面处理技术,例如清洁、蚀刻、涂层和表面改性。这是一个低温控制过程,可防止不必要的热反应。以下应用可应用于许多不同的材料,例如金属、玻璃、陶瓷、塑料、木材和纺织品。
v 等离子沉积 v 增加附着力 v 干法蚀刻 v 亲水处理 v 功能化表面 v 等离子清洗(冷等离子清洗) v 更好的不干胶印刷 v 活化表面 v 更好的结合或强结合 v 去除氧化层(例如Al) v 塑料表面处理 v 疏水处理
在本文的下文中,我们将详细解释上述一些应用。
等离子沉积 等离子涂层是一种受控工艺,用于在基板上沉积所需材料的薄膜。下面概述了两种主要的等离子涂层方法: PECVD(等离子体增强化学气相沉积) PVD 溅射(物理气相沉积) PECVD是化学气相沉积法的一个分支,其中等离子有助于反应气体的化学键合。溅射是一种物理气相沉积,其中等离子体环境产生电离粒子以喷射目标材料以沉积在基板上以形成薄膜。
增加附着力 不同表面或颗粒之间相互粘附的趋势称为粘附力,它取决于表面的物理和化学键合。表面粘附力可以通过等离子处理来实现,方法是去除表面的污染物并通过产生悬空键来激活表面。
干法蚀刻 真空等离子的主要应用之一是等离子蚀刻,其中辉光放电等离子用高能电离粒子轰击基板以浸入所需的纳米级图案。等离子蚀刻也被定义为干法蚀刻,因为它不使用任何液体浴或湿溶液来去除图案化表面。 在等离子刻蚀中,基板起着阴极的作用,常用的等离子刻蚀气体有Ar、CF4、SF6、O2、Cl2等,其用途取决于基板材料。
亲水处理 亲水表面科学如今已受到许多研究人员的关注。这些表面具有非常高的表面能,可以让水均匀扩散。水与这些表面之间的接触角小于90 度。(接触角表示润湿性,低于90°表示润湿性较好,高于90°表示润湿性较低)。等离子处理的主要应用之一是表面亲水性。 在这种方法中,所需样品暴露在空气等离子体或氧气等离子体中几分钟,然后变得亲水。此外,羧基和酰胺基等聚合物的等离子涂层可导致更好的润湿性并增加表面亲水性。
辉光放电等离子清洗辉光放电等离子体是一种低压电离气体汤,可以清除表面的纳米级或微米级污染物。在任何表面处理之前,等离子清洁将这些高能离子应用于真空室中的表面。等离子清洁工艺使用氧气或空气作为电离气体清洁表面并提高其附着力。最好使用氧气或空气而不是氩气,因为 O 2或氧气混合气体可以与有机污染物发生反应并将它们从表面非常有效地去除。除了清洁之外,这种等离子体还可以激活表面,从而实现更好的附着力和粘合力。
下一篇什么是磁控溅射? |