【正文】 參加各種化學(xué)反應(yīng)。如 仿金 鍍層TiN，耐高溫精細(xì)陶瓷 Si3N4等。但等離子體中的 原子氫 很少對(duì)有機(jī)物起還原作用。如： ?Ⅳ ． 高分子材料表面親水處理和低溫灰化 ? 等離子體中的 原子氧 使有機(jī)物分解為 CO2，H2O，原子氧的這種反應(yīng)被有效地用于高分子材料的 表面親水性處理 或在分析化學(xué)中作 低溫灰化 。 ?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(shí)現(xiàn) 。 如：利用靜高壓工藝 人工合成金剛石 時(shí)，條件為 1600— 1800k， 6萬 atm。 ?綜上所述 ：等離子體空間這些異乎尋常的化學(xué)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(xué)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(jìn)行的 ， 這就必然有其新特點(diǎn) 、新規(guī)律和新用途 。 ?如： 1758年 ， 探測(cè)到空氣的 火花放電 能生成臭氧 ； ? 1785年 ， 用 氣體放電 制備了 氧化氮 （ ＮＯ ） ； ? 1859年 ， 用氮?dú)浠旌蠚怏w通過碳電極之間 電弧方法放電 成功地獲得了 氮化氫 （ ＨＣＮ ） ； ? 1863年 ， 利用在碳電極之間作氫氣放電直接合成 乙炔 等 。 ?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(jī)械能 ：磁流體 （ ＭＨＤ ） 放電等； ? 20世紀(jì) 70年代以來，在對(duì)等離子體中各種粒子化學(xué)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(jìn)行 化學(xué)反應(yīng) 的 特征和規(guī)律性 ，同時(shí)在 化學(xué)合成 、薄膜制備、表面處理 和 精細(xì)化學(xué)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(jìn)步。 ?如 ：塑料 ， 纖維 ， 金屬等 材料表面處理 。 ?三 、 等離子體的粒子密度和溫度 ?等離子體的 狀態(tài) 主要取決于它的 組成粒子 、粒子密度和粒子溫度 。 其它的一些參量大多與密度和溫度有關(guān) 。 通常 ， 令 ne電子密度 ， ni離子密度 ， ng未電離的中性粒子密度 。 ?當(dāng) ne＝ ni1+ ni2+… ＝ ni＝ n時(shí) ， ｎ稱為等離子體密度 ， 量綱：粒子數(shù)／ cm3 ? 電離度 ?電離度很小的等離子體稱為 弱電離等離子體 ， ?α 較大時(shí) (α )稱為 強(qiáng)電離等離子體 ?α = 1時(shí) ， 則叫做 完全電離等離子體 ? 熱力學(xué)平衡條件下 ， 電離度 僅與粒子 種類 ，粒子密度及溫度 有關(guān) 。此時(shí)根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)理論，在等離子體中運(yùn)動(dòng)的每個(gè)粒子的 平均動(dòng)能 與 氣體溫度 之間有如下關(guān)系： ? ｍ粒子的質(zhì)量 速度平方的平均值 ? Ｔ溫度 ｋ玻爾茲曼常數(shù) ? kTvm2321 2 ?2v? 普通氣體 中的組成粒子不論其種類如何都具有相同的平均動(dòng)能 ，而 等離子體 中因 同種粒子 間的 碰撞頻率 遠(yuǎn)大于 異類粒子 間的 碰撞頻率 ，況且同類粒子的質(zhì)量相同，碰撞時(shí)的能量交換最有效，因而將會(huì)是 每一種粒子 各自先行達(dá)到 自身的熱平衡態(tài) 。因此 等離子體的溫度 被定義為 電子溫度 Te、離子溫度 Ti和 中性粒子溫度 Tg。 ?根據(jù)等離子體的粒子溫度 ， 可以把等離子體分為兩大類： 熱平衡等離子體 和 非熱平衡等離子體 。 ? 特點(diǎn) ：電子溫度高，重粒子溫度也高。實(shí)際上比較容易形成的是各種粒子的 溫度幾乎近似相等（ Te~ Ti~ Tg）， 組成 也接近平衡組成的等離子體，這叫做 局域熱力學(xué) 平衡態(tài)（ LTE態(tài)等離子體 ），實(shí)際使用的 LTE態(tài)等離子體在溫度約為 5 103~2 104k，且壓力＞ 104Pa條件下產(chǎn)生的。 按其重粒子溫度也叫做 低溫等離子體 （ cold plasima） 。 ? 對(duì)低溫等離子體而言 ， 在 輝光放電 的霓虹燈 ， 日光燈里面 ， Te＝ 20220k， 但因 Ti只有 數(shù)百開 ， 整體的宏觀溫度 很低 。 ? 據(jù)此，可看出 低溫等離子體 化學(xué)與工藝 對(duì)實(shí)際是十分有意義的。 ?四 、 等離子體的準(zhǔn)電中性 ?維持宏觀電中性是等離子體的基本特征 。 ? 1． 概述 ? 等離子體宏觀上 呈電中性 ，但事實(shí)上，在等離子體內(nèi)時(shí)時(shí)處處都有可能出現(xiàn) 電荷分離 。一旦出現(xiàn)偏離，存在于電荷間的 庫侖相互作用 又將使 電中性 盡快得到恢復(fù)。 ?可以說 “ 偏離 ” 與 “ 恢復(fù) ” 這一對(duì)矛盾總是存在于等離子體的整體運(yùn)動(dòng)之中 ， 但同時(shí) ?又成立 ， 故稱之 “ 準(zhǔn)電中性 ” ， 而等離子體在宏觀上呈 電中性 只有在特定的 空間尺度和時(shí)間尺度上 才是成立的 。 經(jīng)過屏蔽后該正電荷的 靜電勢(shì)場(chǎng) 叫做屏蔽庫侖勢(shì) 。 進(jìn)而引出 德拜長(zhǎng)度 。 Φ(r) 屏蔽庫侖勢(shì) 的有效作用力程大致上可以用來 λD表示，當(dāng) r＜ λD時(shí)（德拜球內(nèi)），庫侖作用被電子云削弱了，但仍 存在 。 ?由此可見， 德拜長(zhǎng)度 是描述等離子體 空間特性 的一個(gè)重要參量。 ?① ． 等離子體對(duì)作用于它的 電勢(shì) 具有 屏蔽能力 ， λD即為靜電相互作用的 屏蔽距離 或叫 屏蔽半徑 。在距離某個(gè)電荷中心的距離 r＜ λD的范圍內(nèi)，存在著該電荷產(chǎn)生的 靜電勢(shì)場(chǎng) ，因此就這個(gè)范圍來看，等離子體 不是電中性 的。 ?也可以說， 德拜長(zhǎng)度 是等離子體中因熱運(yùn)動(dòng)或其他擾動(dòng)導(dǎo)致 電荷分離 的 最大允許尺寸限度 。 ?德拜屏蔽要想得以實(shí)現(xiàn) ， 等離子體的 空間尺度Ｌ 就必須 遠(yuǎn)大于德拜半徑 。 ?3． 朗謬爾振蕩與振蕩頻率 ?通過考察等離子體的 振蕩特性 ， 以便引出等離子體存在的 時(shí)間特征尺度 。 為簡(jiǎn)單起見 ， 假設(shè)只考慮一維方向的運(yùn)動(dòng) 。 。 ?而 離子 則由于其 質(zhì)量 遠(yuǎn)大于電子，對(duì)于電場(chǎng)的交替變化來不及響應(yīng)，以致可以認(rèn)為是 近似不動(dòng) 的。 ?振蕩頻率 ： ?彈簧振子 的 簡(jiǎn)諧振蕩頻率 ，ｍ質(zhì)量 ?等離子體振蕩 現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)描述與上述一致 ， 則等離子體中 電子的振蕩頻率 套用上式有 ， me電子質(zhì)量 mk??pe?eepe men02?? ? ?振蕩周期 τ P的物理意義 ： ?從不同角度說明等離子體的 時(shí)間特征 ?① ． 等離子體對(duì)于因 熱運(yùn)動(dòng) 等引起的漲落有阻止能力 ， τ P可看成是 漲落引起 的 電子 定向運(yùn)動(dòng) 被阻止 ， 并轉(zhuǎn)入 等離子體振蕩 這種固定運(yùn)動(dòng)模式 所需的 最短時(shí)間 。 當(dāng)時(shí) τ τ P ， 可能產(chǎn)生的 空間電荷和空間電場(chǎng) 在這段大于振蕩周期的時(shí)間間隔內(nèi) ， 平均效應(yīng) 才都會(huì) 歸于零 ， 這時(shí)方可以 時(shí)間尺度 上把等離子體看成是 宏觀電中性的 。作為等離子體，其存在時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，以便使大量帶電粒子間有充分的 相互作用時(shí)間 ，來 消除 偶然發(fā)生的 漲落 所造成的影響。 等離子體必須滿足這一時(shí)間特征尺度 ， 可簡(jiǎn)單設(shè)為 。 ?設(shè)德拜球內(nèi)的粒子數(shù)為 ND，則有 ?由 得 粒子數(shù)， 式中Ｔ為熱平衡溫度，單位Ｋ ?令 λ ＝ 3ND ， λ 為等離子體參量，顯然它只與等離子體的兩個(gè)基本的特征參量 ｎ、Ｔ 有關(guān)，要等離子體為 準(zhǔn)電中性 ，必須 λ ＞＞１。 11??????DPDNL????五 、 等離子體鞘 ? 1． 等離子體鞘 ： ? 當(dāng) 等離子體 與 容器壁 接觸時(shí) ， 表現(xiàn)出與普通氣體截然不同的性質(zhì) 。