等離子體形成裝置及影響因素

低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個至幾十電子伏特,大于聚合物材料的結合鍵能(幾個至十幾電子伏特),完全可以破裂有機大分子的化學鍵而形成新鍵;但遠低于高能放射性射線,只涉及材料表面,不影響基體的性能。

處于非熱力學平衡狀態下的低溫等離子體中,電子具有較高的能量,可以斷裂材料表面分子的化學鍵,提高粒子的化學反應活性(大于熱等離子體),而中性粒子的溫度接近室溫,這些優點為熱敏性高分子聚合物表面改性提供了適宜的條件。

選擇適宜的放電方式可獲得不同性質和應用特點的等離子體,通常,熱等離子體是氣體在大氣壓下電暈放電產生,冷等離子體由低壓氣體輝光放電形成。

熱等離子體裝置是利用帶電體尖端(如刀狀或針狀尖端和狹縫式電極)造成不均勻電場,稱電暈放電,使用電壓和頻率、電極間距、處理溫度和時間對電暈處理效果都有影響。電壓升高、電源頻率增大,則處理強度大,處理效果好。

但電源頻率過高或電極間隙太寬,會引起電極間過多的離子碰撞,造成不必要的能量損耗;而電極間距太小,會有感應損失,也有能量損耗。處理溫度較高時,表面特性的變化較快、處理時間延長,極性基團會增多;但時間過長,表面則可能產生分解物,形成新的弱界面層。

冷等離子體裝置是在密封容器中設置兩個電極形成電場,用真空泵實現一定的真空度,隨著氣體愈來愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運動距離也愈來愈長,受電場作用,它們發生碰撞而形成等離子體,這時會發出輝光,故稱為輝光放電處理。輝光放電時的氣壓大小對材料處理效果有很大影響,另外與放電功率,氣體成分及流動速度、材料類型等因素有關。

不同的放電方式、工作物質狀態及上述影響等離子體產生的因素,相互組合可形成各種低溫等離子體處理設備。

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