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等離子體是對被剝奪電子后的原子及被電離后的原子產生的離子化氣體狀物質的統(tǒng)稱。在等離子體產物中通常會存在著大量帶電粒子(例如OH-、H2O+)、活性物質、以激發(fā)態(tài)存在于環(huán)境中的O2和N2以及紫外線。

按照等離子體整體是否達到平衡態(tài),將等離子體整體已經達到平衡態(tài)的叫做平衡熱力學等離子體,將不能達到整體平衡態(tài)的叫做非平衡熱力學等離子體,而對于將要達到平衡態(tài)的等離子體稱為準熱力學等離子體。由于溫度與熱平衡態(tài)是息息相關的,因此根據溫度分類以及根據熱力學平衡狀態(tài)分類又是相互交叉的。高溫等離子體通常指的就是平衡熱力學等離子體,低溫等離子體一般指的是非平衡熱力學等離子體。在等離子體的產生過程中通常借助放電實現,該方法的主要思路是讓處于電場中的電子動能快速增大,以及處于兩電極之間的氣體碰撞概率增大、次數增多,將氣態(tài)原子和分子從較低的能態(tài)激發(fā)到較高的能態(tài)而產生等離子體。在實際有關產生等離子體的研究中通常使用介質阻擋放電(DBD)、表面介質阻擋放電(SDBD)、大氣壓等離子體射流(APPJ)等裝置來得到等離子體。

對于傳統(tǒng)意義上產生等離子體的技術來說,存在著諸多限制等離子體技術廣泛應用的問題,例如需要較高的擊穿電壓擊穿氣體實現產生等離子體;放電間隙相對較短;活性粒子能量較低,無法處理體積較大的物體;并且整體實驗條件十分苛刻的問題。著眼于目前限制應用的這些棘手的問題,研究者們通過不斷地摸索新的方法,設計出了一種新的等離子體產生方式——APPJ。APPJ技術是指可以在大氣壓的開放條件下,受到高壓與氣流等因素的影響,產生噴射狀的等離子體射流,并對周圍的處理物進行處理的放電技術。其發(fā)生裝置主要包括高壓電極、噴嘴、工作氣體等部分,如圖1-1就是典型的APPJ裝置示意圖。

APPJ等離子體射流具備可以在開放空間中得到;激發(fā)裝置靈活多變、操作便捷;實驗安全性高;射流的氣體溫度接近室溫;較低的激發(fā)電壓;射流較為均勻和穩(wěn)定;處理時間短、效率高;不宜殘留、無污染的優(yōu)點,因此受到了極大的關注,現在已經廣泛應用在農業(yè)、材料處理、薄膜沉積以及生物醫(yī)學等領域,對生產生活具有重要意義。

農業(yè)領域中,APPJ技術有獨特的優(yōu)勢。在育種時,種子經過APPJ處理之后,可激發(fā)種子的活性,并且不會對種子造成基因污染。

材料處理方面,由于等離子體射流中富含電離空氣產生的帶電粒子、活性基團等,并且不同的電離氣體可以產生不同的帶電粒子,因此APPJ在材料的改性中有重要作用。

薄膜沉積方面,等離子體射流產生的活性粒子可以直接對處理物進行處理,對處理物的形狀并無特別要求,因此在薄膜加工方面有較好的應用前景。

生物醫(yī)學方面,等離子體已經應用在了很多醫(yī)學領域中,研究表明,等離子體在癌癥、皮膚病、口腔治療及新冠病毒滅活等領域都有顯著的效果。