【正文】 規(guī)律 。 ?② ． 振蕩周期 τ P可 作等離子體電中性條件成立的 最小時間尺度 ， 當任一個 時間間隔 時 τ τ P ， 由于 等離子體振蕩 總是存在著的粒子作 周期性振蕩 的 空間電場 。 ?然而 ， 由于 運動的慣性 ， 電子不可能停留在平穩(wěn)位置 ， 而是會 沖過平衡位置 ， 這樣一來 ，又引起了 相反方向的電荷分離 ， 產(chǎn)生 反向電場 E’， 當電子達到另一邊最大位移后 ， 會再次被 拉回 ， 并又因慣性而沖過平衡位置 ， 如此往復(fù) ， 電子于是在平衡位置附近 來回作集體振蕩 ， 就如同 彈簧振子 的 簡諧振蕩 似的 。 ?朗謬爾振蕩 ： ?等離子體中 最普通 、 最快 的集體運動是由 電子運動 引起的 。 ?③ ． 德拜長度還可以作為等離子體宏觀空間尺度的下限 。 ?② ．德拜長度是等離子體中 電中性條件 成立的 最小空間尺度 。 r＞ λD時 （德拜球外）， 靜電勢 便減弱得 可以忽略 了。 ?德拜長度 ?將 坐標原點 取在積累的 正電荷中心 ， 對于熱力學平衡態(tài)下的帶電粒子系 ， 可以求解 泊松方程 得出屏蔽庫侖勢 。 ? 如在等離子體中 ，考慮一個半徑為 １ cm的球體，其中等離子體密度 ne=ni=104/cm3，若由于某種擾動使得 百分之一 的電子移到小球外邊的區(qū)域中，那么小球內(nèi)會出現(xiàn) 正電荷過剩 ，該凈電荷將會產(chǎn)生一個強電場，計算發(fā)現(xiàn)， 球心與離球心１ cm處之間的電位差高達 64萬伏特 ，由此可見，等離子體對電中性的破壞是 非常敏感 的，它具有 強列維持電中性的 特性。 下面將通過對等離子體 屏蔽特性 和 振蕩特性 的討論引出 電中性條件 成立的 空間尺度 和 時間尺度 ， 進而說明 等離子體判據(jù) 。 ? 又因 ， 燈管中氣體的 數(shù)量 遠遠地 少于 標準大氣壓時的數(shù)量 ， 電離度 也僅有 萬分之一 左右 ， 盡管電子動能很大 ， 但數(shù)量非常少即 熱容量很小 ， 撞擊管壁時傳給管壁的熱量 也非常小 。 ? 非平衡等離子體 ： Te＞＞ Ti ? 特點 ： 電子 溫度高達 104k以上 ， 離子 和 原子 之類重粒子溫度都可低到 300500k、 一般壓力 ＜ 102Pa下形成 。 ?熱平衡等離子體 ： Te＝ Ti時稱為熱平衡等離子體 ， 簡稱為 熱等離子體 。 ? 而且最先到達熱平衡態(tài)的應(yīng)是 最輕 的帶電粒子即 電子 ，這樣一來，等離子體中 電子 、 離子 及 中性粒子 各自具有 不同 的平均的 動能 ，上式中 溫度 對應(yīng)粒子的 平均動能 。 ? 等離子體中離子通常都是以 正離子 形式存在 ， 因在等離子體中存在著 各種粒子 ， 也存在各種離子 ， 離子密度用 ni1, ni2, ni3等等 表示 。 因此 ， 粒子密度和溫度 是它的兩個基本參量 。 ?如 ：以表面反應(yīng)為主的 等離子體化學氣相沉積 ， ? 在大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路工藝干法化 、 低溫化方面 ， 開發(fā)應(yīng)用了 等離子體聚合 、 等離子體蝕劑 、等離子體灰化 、 等離子體陽極氧化 等全干法等離子體工藝技術(shù) 。 ? 2． 等離子體化學的形成 ?① ． 氣體放電現(xiàn)象研究歷史 ? 早在 700多年前 ， 人們就已經(jīng)注意到 氣體放電 中會發(fā)生某些特殊的化學反應(yīng) 。 這就使許多通常 不能 發(fā)生或在極其 苛刻 的條件下才能發(fā)生的化學反應(yīng)變得很 容易進行 。倒是常常 奪取 反應(yīng)物中的 氫原子 生成 氫氣 或使 π 電子自由基化 。利用 氮等離子體 ，人們獲得了許多 氮化物新材料 。如 ?這個實驗可以說明地球上的 原始大氣 是怎樣合成有機物 和 氨基酸 的 。而且由于這種放電通常是在 低壓 條件下進行的，故 原子氫 往往是 長壽命 的。 ?鑒于此，當物質(zhì)由 氣態(tài) 轉(zhuǎn)變成 等離子態(tài) 時，其化學行為必然發(fā)生變化，從化學角度看，等離子體空間富集的 離子、電子、激發(fā)態(tài) 的原子、分子及 自由基 ，恰恰是 極活潑 的 反應(yīng)性物種 。 ， 一些需要 特大活化能 的反應(yīng)在技術(shù)上便很難實現(xiàn) ， 因此化學家們總是試圖尋找 激活反應(yīng)體系 的方式 。 ?人工發(fā)生的等離子體 ： 霓虹燈管 中的 輝光放電 、 電弧 和 熒光燈 管中也都存在等離子體，實驗室中通過 氣體放電 獲得等離子體。這些帶電粒子以每秒 400－ 700km速度飛進地球大氣層時跟氣體分子或原子碰撞，使氣體 激發(fā)和電離 ， 從太陽上飛來的帶電粒子不能直線運動，只能繞著 磁力線打轉(zhuǎn) ，沿著彎曲的磁力線螺旋式的運動 到地球 南北兩極 附近的高空 。 ? 例如在地球表面空氣里，由于宇宙射線的作用每秒在 1cm3內(nèi)大約只產(chǎn)生 ５對離子 。 ? 狹義等離子體 ―― 把 電離氣體 視為等離子體是一種狹義的定義 。 ?注意： ?① ． 并非任何 電離氣體 都能算作等離子體 。 ? 電離氣體作為一個帶電粒子學，其 運動行為 受到 磁場的 影響 和支配。 ?一 、 基本概念 ? 1． 等離子體的概念 ? 物質(zhì)隨其內(nèi)部 能量 的增加而變化成 固體 、流體 和 氣體 ，進一步增大能量（如加熱，放電）可以使氣體分子 離解 和 電離 ，當電離產(chǎn)生的 帶電粒子 密度大到一定數(shù)值時，物質(zhì)狀態(tài)出現(xiàn) 新變化 ，這時的 電離氣體 不再是原來的氣體了。第四章 材料激發(fā)化學與電化學 ?167。等離子體化學主要探索和揭示物質(zhì)處于 “ 第四態(tài) ” ―― 等離子體狀態(tài)下的 性質(zhì)、特點 和 化學反應(yīng)規(guī)律 ，以及如何有效地運用化學反應(yīng)規(guī)律為 化學合成、制膜技術(shù)、表面處理、精細化工加工 提供新的技術(shù)手段。 電離氣體中的 帶電粒子 間存在 庫侖力 ， 而普通氣體分子間并不存在 凈電磁力 。 ?等離子體就是指電離氣體 ， 它是由 電子 、 離子 、 原子 、 分子或自由基 等粒子組成的集合體 。 當某電離氣體存在的時間和空間尺度低于 特征限度 時 ， 它也不能算是等離子體 。 ? ２ ． 等離子體的存在 ? 在地球表面環(huán)境中，通常不具備等離子體產(chǎn)生的條件。 ?極光 ：太陽不斷進行聚變核反應(yīng)，釋放出大量的 帶電粒子 。就整個宇宙而言， 等離子體 是物質(zhì)存在的 普遍形式 。 地球上的物質(zhì)多呈密集的 凝聚態(tài) ， 地表又覆蓋著 高密度 的 空氣 ， 這便使一般的化學反應(yīng)往往要受 “ 低能量 ” 、“ 高密度 ” 條件的制約 ， 以致于向反應(yīng)體系 傳遞 并保存高能量 是相當 困難 。 ? 從本質(zhì)上看 ， 分子中 電子 的運動 、 分子中 原子間的相 互作用力 、 原子和分子的 受激 與 電離 等 微觀物理運動形態(tài) ， 直接決定著物質(zhì)的 性質(zhì) 及 化學反應(yīng)能力 。顯然，氫等離子體中富集了 高活性 的原子氫 。 ?② ． 等離子體空間中特異的化學現(xiàn)象 ?Ⅰ ．在 無催化劑 條件下，由一些簡單物質(zhì)即可得到 比較復(fù)雜的生成物 。 氮等離子體 的化學行為就大不相同了，很容易參加各種化學反應(yīng)。但等離子體中的 原子氫 很少對有機物起還原作用。 ?注意 ：上述反應(yīng)都可利用 非平衡等離子體 在接近 室溫的條件 下實現(xiàn) 。 ?綜上所述 ：等離子體空間這些異乎尋常的化學現(xiàn)象表明 ， 既然等離子體作為 物質(zhì)存在 的又一種 基本形態(tài) ， 那么以化學的角度來看 ，各種反應(yīng)便是在 新的 “ 介質(zhì) ” 中或者說是一種新 “ 相 ” 里進行的 ， 這就必然有其新特點 、新規(guī)律和新用途 。 ?如：照明光源：霓虹燈 ， 熒光燈 ， 水銀燈等； ?熱能 ：金屬加工中熔融 ， 等離子體焊接 ， 等離子體切割等； ?機械能 ：磁流體 （ ＭＨＤ ） 放電等； ? 20世紀 70年代以來，在對等離子體中各種粒子化學性質(zhì)的 控制和利用 的基礎(chǔ)上， 探索 物質(zhì)在等離子態(tài)進行 化學反應(yīng) 的 特征和規(guī)律性 ，同時在 化學合成 、薄膜制備、表面處理 和 精細化學加工 等領(lǐng)域，在原有工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，巧妙而有效地引入等離子體，促成了一系列工藝革新和巨大的技術(shù)進步。