等離子體物理精選(九篇)

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第1篇：等離子體物理范文

性物質(zhì)成分一致，但激發(fā)態(tài)Ar原子的群峰總體上表現(xiàn)為介質(zhì)阻擋放電裝置是輝光放電裝置的2倍。結(jié)論 介質(zhì)阻擋放電裝置產(chǎn)生的低溫等離子體殺滅根管內(nèi)糞腸球菌生物膜更具優(yōu)勢(shì)。

[關(guān)鍵詞] 低溫等離子體； 糞腸球菌； 生物膜； 根管； 殺菌

[中圖分類號(hào)] R 780.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.02.020

細(xì)菌感染是頑固性根尖周炎和根管治療失敗最常見(jiàn)的因素，其中最常分離的菌株是糞腸球菌[1]。糞

腸球菌可以通過(guò)其分泌的蛋白酶（絲氨酸蛋白酶、白明膠酶、膠原結(jié)合蛋白）的作用來(lái)黏附在根管表面并進(jìn)入牙本質(zhì)小管內(nèi)，從而更加耐受臨床上常規(guī)的治療手段[2]。氫氧化鈣作為常規(guī)根管封藥效果確定，但糞腸球菌在這種堿性藥物環(huán)境中仍然可以頑強(qiáng)生存[3]。另外由于根管系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，殘存于側(cè)支根管、副根管中的糞腸球菌難以被常規(guī)根管治療中的機(jī)械和化學(xué)方法徹底清除。近年來(lái)，大氣壓低溫等離子體在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如快速凝血[4]、基因轉(zhuǎn)染[5]、牙齒美白[6]、殺菌[7]、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[8]等。研究顯示其對(duì)于根管內(nèi)的細(xì)菌感染也有確

定作用，但多局限于根管內(nèi)游離菌或模擬根管內(nèi)生物膜的研究[9-10]。對(duì)于不同發(fā)生裝置的低溫等離子體

根管殺菌效果少有研究。

大氣壓低溫等離子體的發(fā)生裝置及原理有4種，常用的為介質(zhì)阻擋放電和輝光放電。介質(zhì)阻擋放電是將絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體中放電，介質(zhì)可以覆蓋在電極上或懸掛在放電空間里，當(dāng)在電極上施加足夠高的交流電壓時(shí)，即使在大氣壓下電極間的氣體也會(huì)被擊穿而產(chǎn)生放電。輝光放電是在兩電極之間直接激發(fā)氣體放電。輝光放電的電學(xué)特征為單脈沖，而介質(zhì)阻擋放電則為大量細(xì)微的快脈沖放電通道所構(gòu)成的放電。本研究使用這兩種不同的裝置，分別對(duì)離體牙根管內(nèi)的糞腸球菌生物膜進(jìn)行處理，觀察其殺菌效果及與時(shí)間因素的關(guān)系，并對(duì)相關(guān)機(jī)制進(jìn)行初步探索。

1 材料和方法

1.1 糞腸球菌的培養(yǎng)

糞腸球菌菌種（ATCC29212）保存于-80 ℃冰箱，使用接種環(huán)挑取菌液進(jìn)行劃線培養(yǎng)。36 h后挑取單克隆，于1 mL培養(yǎng)基中37 ℃靜置24 h，使得細(xì)菌濃度達(dá)到每毫升1.0×107個(gè)菌落形成單位（colony forming

unit，CFU）。

1.2 離體牙預(yù)備

選取根尖發(fā)育完善、根面完整的單根管離體牙共120顆，自釉牙骨質(zhì)界下截除牙冠部分，保證從根尖至斷面的距離為10 mm。拔髓針拔除牙髓，15號(hào)銼通暢根管到解剖根尖孔，確定工作長(zhǎng)度（自解剖

根尖孔至牙根斷面的長(zhǎng)度減去0.5 mm），使用15～40號(hào)手用鎳鈦銼（Mani公司，日本）按逐步后退法進(jìn)行根管預(yù)備，預(yù)備過(guò)程中每更換1次器械均用5.25%次氯酸鈉（NaClO）2 mL沖洗根管；預(yù)備結(jié)束后17%乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）浸泡根管2 min，超聲振蕩；最后5.25%NaClO浸泡根管2 min，超聲振蕩。Clearfill AP-X光固化樹(shù)脂（Ku-

raray公司，日本）封閉根尖孔。所有樣本高溫高壓滅菌（121 ℃，20 min）后放入無(wú)菌生理鹽水中4 ℃冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 根管內(nèi)糞腸球菌生物膜的培養(yǎng)

將預(yù)備好的牙根樣本放入含有1 mL新鮮腦心浸液肉湯（brain heart infusion broth，BHI）培養(yǎng)基的EP管中，然后加入100 μL含有1.0×107 CFU·mL-1糞腸球菌的菌液，37 ℃厭氧培養(yǎng)，48 h換1 mL新鮮的培養(yǎng)基，共培養(yǎng)7 d。

1.4 大氣壓低溫等離子體裝置處理離體牙根管

將培養(yǎng)7 d的含有糞腸球菌生物膜的120顆離體牙樣本隨機(jī)分為12個(gè)組，每組10顆。其中，10組分別接受介質(zhì)阻擋放電和輝光放電這兩種大氣壓低溫等離子體裝置處理離體牙根管，每種裝置各處理5組，每組處理時(shí)間分別為2、4、6、8、10 min；另外2組為兩種不同裝置的單純氣體對(duì)照組。

介質(zhì)阻擋放電和輝光放電裝置處理離體牙根管的方式見(jiàn)圖1。圖1左為介質(zhì)阻擋放電裝置的示意圖，該裝置包括一個(gè)特氟龍管以及在特氟龍管外面包繞的銅箔。該銅箔作為一個(gè)單電極，被連接到一個(gè)帶有18 kV峰值電壓、10 kHz正旋曲線的電源上。特氟龍管外徑10 mm，內(nèi)徑7 mm，尖端出口處直徑逐漸降到1.5 mm。使用流速為5 L·min-1的98%Ar和2%O2的混合氣體通過(guò)特氟龍管。等離子體裝置的功率為32 W，在特氟龍管尖端產(chǎn)生持續(xù)的等離子體，其暴露在空氣中的長(zhǎng)度為5 cm。在進(jìn)行根管生物膜處理時(shí)，根管口距離等離子體發(fā)出口為5 mm，等離子體在根管口附近的溫度為25～31 ℃。圖1右為輝光放電裝置示意圖。該裝置包含作為電極的兩層銅管，這兩個(gè)銅管由一層約0.5 mm厚的絕緣介質(zhì)分開(kāi)。等離子體射流端口的直徑為0.6 mm。98%Ar和2%O2同樣作為等離子體的發(fā)生氣源，氣體流速為5 L·min-1。該低溫等離子體發(fā)生裝置的維持電壓為500 V，電流為30 mA，功率為15 W。等離子體射流從裝置尖端發(fā)出的長(zhǎng)度為5 mm，等離子體發(fā)射的端口距離根管口5 mm，溫度為35～40 ℃。

1.5 兩種裝置對(duì)根管內(nèi)生物膜殺菌效果的比較

大氣壓低溫等離子體裝置處理后，向離體牙根管中注入15 μL超純水，插入光滑髓針攪拌1 min，取出光滑髓針，向根管中插入兩個(gè)15號(hào)的無(wú)菌紙尖，將根管內(nèi)的菌液吸出后將紙尖放入1 mL超純水中。上述過(guò)程重復(fù)3遍，振蕩1 min，取100 μL菌液進(jìn)行10倍稀釋涂板，37 ℃培養(yǎng)24 h。采用CFU計(jì)數(shù)法比較兩種裝置對(duì)根管內(nèi)生物膜的殺菌效果[11]。

1.6 兩種裝置在平板上的殺菌范圍的比較

挑取金黃色葡萄球菌（CGMCC1.2465）單菌落于20 mL溶菌肉湯培養(yǎng)基（Luria-Bertani，LB）中，振蕩

器振蕩，速度為180 r·min-1，培養(yǎng)18 h，取100 μL菌液放入20 mL新鮮培養(yǎng)基中振蕩，速度為220 r·min-1，活化1.5 h，使細(xì)菌濃度為1.0×104 CFU·mL-1。分別取100 μL菌液涂布于20個(gè)LB培養(yǎng)板，然后使用兩種裝置處理，每種裝置處理10個(gè)平板。裝置等離子體發(fā)射口到培養(yǎng)板的距離為1 cm，活動(dòng)范圍為2 cm×2 cm，處理時(shí)間為1 min。過(guò)夜培養(yǎng)（37 ℃，12 h），觀察金黃色葡萄球菌菌落生長(zhǎng)情況。

1.7 光譜測(cè)量?jī)x分析兩種裝置的等離子體活性成分

用多通道發(fā)射光譜測(cè)量?jī)x（optical emission spec-troscopy，OES）（AvaSpec-2048-8-USB2型，Avantes公司，荷蘭）標(biāo)定低溫等離子體中產(chǎn)生的活性成分。儀器的輸出功率為24 W，工作溫度為60 ℃。測(cè)量250～800 nm波長(zhǎng)時(shí)活性物質(zhì)的波峰。

1.8 統(tǒng)計(jì)分析

采用Origin 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Games-Howell檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果

2.1 兩種裝置對(duì)根管內(nèi)生物膜的殺菌效果

兩種裝置對(duì)根管內(nèi)生物膜的殺菌效果見(jiàn)圖2。統(tǒng)計(jì)分析表明，兩種裝置的單純氣體對(duì)照組均沒(méi)有殺菌效果，含有的糞腸球菌均為1.0×107 CFU。兩種不同等離子體裝置處理糞腸球菌2、4、6、8、10 min后，各時(shí)間段二者存活的細(xì)菌數(shù)量均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P

2.2 兩種裝置在平板上的殺菌范圍

在處理1 min后，兩種裝置的殺菌范圍見(jiàn)圖3。與輝光放電裝置相比，介質(zhì)阻擋放電裝置對(duì)處理區(qū)域和未處理區(qū)域的殺菌效果都很明顯，殺菌范圍更廣，穿透力更強(qiáng)。這與其對(duì)根管內(nèi)生物膜的殺菌效果一致。

2.3 兩種裝置的等離子體活性成分

兩種裝置的等離子體活性成分光譜分析見(jiàn)圖4。從圖4可見(jiàn)，雖然兩種裝置的低溫等離子體活性物質(zhì)成分一致，激發(fā)態(tài)氧原子、羥自由基等活性成分的含量接近，但是激發(fā)態(tài)Ar原子的群峰總體上表現(xiàn)為介質(zhì)阻擋放電裝置是輝光放電裝置的2倍。原子發(fā)射光譜大部分都是激發(fā)態(tài)的Ar，同時(shí)還檢測(cè)到很多活性成分，如OH、O等。

3 討論

糞腸球菌由于其生理特點(diǎn)[3]，在根管內(nèi)形成生物

膜后具有更強(qiáng)抵御常用根管治療藥物的能力，所以常見(jiàn)于慢性頑固性根尖周炎和根管治療失敗的病例。如何消除復(fù)雜的根管系統(tǒng)內(nèi)殘余的糞腸球菌及其他微生物是臨床上的難題。臨床上根管治療中廣泛使用的根管沖洗液NaClO對(duì)糞腸球菌有一定的殺菌效果[12]。氯己定凝膠和沖洗液對(duì)糞腸球菌也有良好的

殺菌效果，但由于凝膠和液體流動(dòng)性的限制，很難進(jìn)入細(xì)小根管分支和牙本質(zhì)小管[13]。氫氧化鈣是常

用的根管封藥材料，通過(guò)改變根管內(nèi)pH值等物理環(huán)境來(lái)改變適應(yīng)細(xì)菌生長(zhǎng)的環(huán)境，但是單獨(dú)使用對(duì)糞腸球菌生物膜無(wú)法達(dá)到高效的殺菌效果[14]。

低溫等離子體的特點(diǎn)是高效殺菌，使用方便快捷，活性物質(zhì)易擴(kuò)散[15]，由于這種特點(diǎn)，將其應(yīng)用

于復(fù)雜根管系統(tǒng)中時(shí)，氣化的活性成分可以擴(kuò)散到根管系統(tǒng)中不規(guī)則的末端結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了根管治療傳統(tǒng)方法的不足。

本研究建立了7 d糞腸球菌感染根管的模型，其能夠形成結(jié)構(gòu)致密的糞腸球菌生物膜，可以模擬臨床上長(zhǎng)期根管感染久治不愈的感染狀態(tài)，這比以往研究中的體外模型更接近臨床實(shí)際情況。通過(guò)使用兩種不同低溫等離子體裝置對(duì)根管系統(tǒng)內(nèi)的細(xì)菌進(jìn)行梯度時(shí)間處理，發(fā)現(xiàn)生物膜隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，糞腸球菌的數(shù)量逐漸降低，進(jìn)一步對(duì)兩種裝置的殺菌效果進(jìn)行量化比較，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電裝置對(duì)根管內(nèi)糞腸球菌生物膜具有更高效的殺菌效果。

本研究中還使用兩種裝置處理了根管外培養(yǎng)的金黃色葡萄球菌，目的是為了直觀地反映不同等離子體的滲透作用和殺菌范圍。結(jié)果顯示介質(zhì)阻擋放電裝置比輝光放電裝置具有更大的殺菌范圍，滲透性更強(qiáng)。這一結(jié)果為兩種裝置對(duì)根管內(nèi)糞腸球菌殺滅效果的差異提供了間接證據(jù)，等離子體的滲透性越好，在根管系統(tǒng)中的殺菌優(yōu)勢(shì)越明顯。

光譜分析是對(duì)低溫等離子體活性成分分析最常用的手段，本研究顯示兩種裝置產(chǎn)生的低溫等離子體的活性物質(zhì)成分基本一致，活性氧、羥自由基等的含量相近，但介質(zhì)阻擋放電裝置使用的是交流電，激發(fā)電壓及電壓峰值較高，且功率要比輝光放電裝置高1倍，能量更充足。在相同氣體、相同流量的情況下，介質(zhì)阻擋裝置產(chǎn)生的電離化氣體的帶電粒子更充分，在可見(jiàn)的等離子體射流周圍有更廣泛的離子化氣體和自由基的存在區(qū)。這表明，活性物質(zhì)和電子都是低溫等離子體裝置不可或缺的殺菌因素。

低溫等離子體由于其低溫、高效、滲透性強(qiáng)、作用范圍廣等特點(diǎn)，在對(duì)根管內(nèi)糞腸球菌生物膜的殺滅中具有傳統(tǒng)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，為根管消毒方法提供了全新的思路，其中介質(zhì)阻擋放電裝置產(chǎn)生的等離子體殺菌效果更好。等離子體中活性成分破壞生物膜的機(jī)制和對(duì)正常組織可能的影響還有待進(jìn)一步的研究。

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第2篇：等離子體物理范文

英文名稱：等離子體科學(xué)與技術(shù)(英文版)

主管單位：

主辦單位：中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所

出版周期：雙月刊

出版地址：安徽省合肥市

語(yǔ)

種：英語(yǔ)

開(kāi)

本：大16開(kāi)

國(guó)際刊號(hào)：1009-0630

國(guó)內(nèi)刊號(hào)：34-1187/TL

郵發(fā)代號(hào)：

發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時(shí)間：1999

期刊收錄：

SA 科學(xué)文摘(英)(2009)

SCI 科學(xué)引文索引(美)(2009)

Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)

中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)

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聯(lián)系方式

第3篇：等離子體物理范文

【關(guān)鍵詞】纖維性能；等離子處理；吸濕性

1.低溫等離子體技術(shù)

等離子體技術(shù)作為一種新型的纖維改性和織物整理方法以其低能耗、污染小、處理時(shí)間短、效果明顯的特點(diǎn)引起了人們的關(guān)注。等離子體對(duì)纖維和紡織品的改性處理可以達(dá)到多種效果，如提高染色和顯色性能改善織物視覺(jué)風(fēng)格改變纖維摩擦性，提高可紡性能與成紗強(qiáng)度或織物力學(xué)性能防縮處理可使織物機(jī)可洗防皺及抗彎曲性處理改善織物的保形性和手感風(fēng)格親水性或拒水性整理提高染色性能、抗靜電和舒適性或防水、防污功能改變表面性能和粘結(jié)性，提高復(fù)合材料或非織造布的強(qiáng)力涂層覆膜、表面接枝、沉降聚合減刻蝕或注入改性等以及紗線、織物的上漿、退漿和麻類、絲類的脫膠、棉類的脫蠟等方面，看來(lái)幾乎可以涵蓋紡織品表面處理的所有方面。

1.1 等離子的概念

等離子體是指處于電離狀態(tài)的氣態(tài)物質(zhì)，其中帶負(fù)電荷的粒子(電子、負(fù)離子)數(shù)等于帶正電荷的粒子(正離子)數(shù)。通常與物質(zhì)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)并列，稱為物質(zhì)第四態(tài)。通過(guò)氣體放電或加熱的辦法，從外界獲得足夠能量，使氣體分子或原子中軌道所束縛的電子變?yōu)樽杂呻娮?，便可形成等離子體。

等離子體按氣焰溫度劃分，實(shí)驗(yàn)室等離子體可分為高溫等離子體和低溫等離子體。溫度相當(dāng)于108～109K完全電離的等離子體，如太陽(yáng)、受控?zé)岷司圩兊入x子體，叫做高溫等離子體。低溫等離子體又可劃分為熱等離子體和冷等離子體。熱等離子體是在稠密高氣壓(1大氣壓以上)下，溫度為103-105K的等離子體，如電弧、高頻和燃燒等離子體，它一般能夠向外輻射熱量。冷等離子體是電子溫度較高(約103-104K)、氣體溫度低的等離子體，這種等離子體是不會(huì)向外輻射熱量的。如稀薄低壓輝光放電等離子體、電暈放電等離子體、DBD介質(zhì)阻擋放電等離子體。

低溫等離子體目前研究在能源、信息、材料、化工、醫(yī)療、軍工、航天等領(lǐng)域表現(xiàn)出了技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力在同其他基礎(chǔ)學(xué)科、技術(shù)領(lǐng)域的相互滲透、促進(jìn)中，低溫等離子體技術(shù)的研究與應(yīng)用得到了不斷發(fā)展。

1.2 等離子的工作原理

離子體的能量可通過(guò)光輻射、中性分子流和離子流作用于聚合物表面，這些能量的消散過(guò)程就使聚合物表面發(fā)生改性。在等離子體系中的中性粒子將通過(guò)連續(xù)不斷地轟擊固體表面將能量轉(zhuǎn)移給聚合物。這些中性粒子的能量具有四種形式：動(dòng)能、振動(dòng)能、離解能和激化能。動(dòng)能和振動(dòng)能只對(duì)聚合物起加熱作用，而自由基離解能則是通過(guò)引起聚合物表面的各種化學(xué)反應(yīng)而得到消散的，激化分子和原子是以與固體表面碰撞而達(dá)到消散的。這些準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分子和原子的能量通常大于聚合物的離解能，因而在碰撞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生聚合物自由基。所以把織物密封置于該電場(chǎng)，電場(chǎng)中產(chǎn)生的大量等離子體極其高能的自由電子，能促使纖維表層產(chǎn)生腐蝕、交換、接枝和共聚反應(yīng)。此外由于織物在處理過(guò)程中，等離子體中的分子、原子和離子滲入到紡織材料表面，材料表面的原子逸入等離子體中，這個(gè)過(guò)程使纖維表面大分子鏈斷裂，從而使纖維受到等離子體粒子的刻蝕，表面產(chǎn)生粗糙的凹坑，使織物表面的吸濕性和粘著性增加，纖維之間的摩擦力增加，伴隨著可能產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，使織物表面產(chǎn)生化學(xué)和物理改性。

在真空狀態(tài)下給氣體施加電場(chǎng)，氣體在電場(chǎng)提供的能量下會(huì)有氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體狀態(tài)(也稱物質(zhì)的“第四態(tài))。其中含有大量的電子、離子、光子和各類自由基等活性粒子。等離子體是部份離子化的氣體，與普通氣體相比，主要性質(zhì)發(fā)生了本質(zhì)的變化，是一種新物質(zhì)聚集態(tài)。

利用等離子體中含有的大量電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性粒子來(lái)轟擊材料表面時(shí)．會(huì)將能量傳遞給表層分子，使材料發(fā)生熱蝕、交聯(lián)、降解和氧化，并使材料表面發(fā)生大量的自由基或引進(jìn)一些極性基團(tuán)而使材料表面性能獲得優(yōu)化。

低溫等離子體技術(shù)通過(guò)高能粒子的物理和化學(xué)作用對(duì)紡織品/纖維表面進(jìn)行改性，以其快捷、環(huán)保和干態(tài)的加工方式等特點(diǎn)，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)以水為介質(zhì)的化學(xué)濕法加工生產(chǎn)方式。

2.低溫等離子體處理紡織品的方式及在紡織上的優(yōu)點(diǎn)

2.1 低溫等離子體處理紡織品的方式

低溫等離子體的作用方式主要有三種：等離子體表面處理改性(PST法)、等離子體接枝聚合(PGP法）和等離子體沉積聚合（PPD法)[4]。

PST法是指非聚合性等離子體如氧氣、氮?dú)?、氫氣、氨氣或水蒸氣等?duì)材料表面或極薄表層的活化、刻蝕處理，通常稱為減量處理。因?yàn)榈蜏氐入x子體中的電子等活性因素的能量(高達(dá)20eV)比有機(jī)化合物的化學(xué)鍵能(

PGP法是運(yùn)用等離子體作用首先使表面活化，并引入活性基團(tuán)，然后再運(yùn)用接枝方法在原表面上接上許多活性支鏈，構(gòu)成新表層。

PPD法是將有機(jī)化合物的氣體（如有機(jī)氟、有機(jī)硅）形成等離子體狀態(tài)，通過(guò)控制工藝條件，使其沉積在處理物表面形成覆膜的方法。后兩類是增量處理法。

2.2 低溫等離子體技術(shù)在紡織上的優(yōu)點(diǎn)

低溫等離子體處理可用于各種纖維、紗線、織物的表面改性，對(duì)纖維基體的內(nèi)部影響小，不損傷纖維原有性能。清潔、快捷、無(wú)污染、成本低，在當(dāng)今倡導(dǎo)清潔和綠色生產(chǎn)、節(jié)約資源的形勢(shì)下，低溫等離子體處理技術(shù)以其無(wú)需化學(xué)品、無(wú)需耗用大量水和能源、無(wú)需進(jìn)行高成本廢水處理和對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，在紡織工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都在努力加強(qiáng)等離子體技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

3.等離子處理在紡織上的研究應(yīng)用方向

(1)在紡織品前處理中的應(yīng)用

在紡織品的前處理工序中，目前主要可用于各類織物的退漿，真絲和麻類生坯織物的脫膠，以及其它的雜質(zhì)去除等。傳統(tǒng)的織物退漿工藝（如棉織物等）需要經(jīng)過(guò)退、煮、漂等多種工序，加工工序長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，而且需要消耗大量水、能源和化學(xué)藥品，同時(shí)產(chǎn)生大量的廢水等。而低溫等離子體技術(shù)的應(yīng)用，可大大縮短其工藝流程及生產(chǎn)周期，節(jié)約能量和水資源，可有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

除此之外，低溫等離子體在去除織物上其它雜質(zhì)如色素、蠟質(zhì)、果膠等也具有很好的效果。用氧或空氣等離子體（頻率13.56MHZ，真空度1Torr，放電功率100W）處理棉坯布后的芯吸性與工藝條件之間的關(guān)系，用空氣等離子體處理60s，氧等離子體處理在30s后，棉布的除蠟質(zhì)和漿料的效果達(dá)到正常煮煉漂白的程度。

(2)改善纖維或織物的吸濕、潤(rùn)濕性

利用低溫等離子體中處于激發(fā)態(tài)的各種高能粒子的物理刻蝕和化學(xué)反應(yīng)，或者通過(guò)等離子體的接枝、聚合沉積等方式，可在紡織品的纖維表面產(chǎn)生或引入親水性基團(tuán)、支鏈及側(cè)基，從而可有效改善、提高紡織品的吸濕或潤(rùn)濕性。目前應(yīng)用在疏水性的滌綸合纖類織物、滌綸/棉混紡交織物、棉紗以及腈綸類紡織品。

此外，低溫等離子體技術(shù)在改善碳纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維及聚四氟乙烯纖維等的潤(rùn)濕性，得到大大改善。跟常規(guī)化學(xué)方法相比，其工藝更簡(jiǎn)單、流程更短，而且可輕易實(shí)現(xiàn)化學(xué)方法所不能進(jìn)行的改性加工。

(3)提高毛類纖維紡織品的防縮絨性

羊毛類紡織品。由羊毛纖維外覆鱗片層所產(chǎn)生的定向摩擦效應(yīng)，往往使這類織物在服用和洗滌的過(guò)程中產(chǎn)生收縮，從而影響織物的服用性能。因而為提高此類紡織品的尺寸穩(wěn)定性和可洗性(尤其是可機(jī)洗性)，常需進(jìn)行防縮絨加工。

利用低溫等離子體的刻蝕和化學(xué)反應(yīng)作用，可有效去除或削弱鱗片層的定向摩擦效應(yīng)，可到達(dá)或提高織物的防縮絨性。與濕法化學(xué)加工中防縮處理相比，無(wú)需額外的化學(xué)藥品或助劑，而且節(jié)水節(jié)能，無(wú)任何廢水產(chǎn)生。

(4)提高或改善紡織品的染色性

目前等離子體技術(shù)在提高或改善紡織品的染色性方面的研究及應(yīng)用，主要集中在棉、滌綸、錦綸，以及毛類(如羊毛、兔毛等)紡織品上。通過(guò)對(duì)棉紗或其織物處理后，可明顯改善紗線或織物的毛效，提高染料及助劑在織物/紗線間的均勻吸附和擴(kuò)散，使織物的上染率和勻染性得到提高。

低溫等離子體的物理刻蝕作用，可提高合成纖維表面的粗糙度，對(duì)滌綸、錦綸等紡織品產(chǎn)生增深作用，可達(dá)到節(jié)約染化料的作用。毛類纖維表面的鱗片成，阻礙了染化料向纖維內(nèi)相的擴(kuò)散及在表面的吸附作用。經(jīng)低溫等離子體處理后，纖維鱗片的破壞或消失，可有效提高毛類織物的可染性和染深性，而且可加快上染過(guò)程。

將等離子體與2D樹(shù)脂整理聯(lián)合處理(先樹(shù)脂整理后等離子體處理)，對(duì)改善直接染料苧麻織物的耐洗及耐摩擦牢度效果非常明顯，而且染色牢度高于固色劑Y處理后的染色牢度，可代替固色劑Y處理。

(5)在紡織品后整理中的應(yīng)用

低溫等離子體在紡織品后整理中具有廣泛的用途。根據(jù)整理目的和要求，可實(shí)現(xiàn)紡織品的多種功能加工，大大提高產(chǎn)品附加值。目前其在紡織品中的應(yīng)用主要包括以下幾類。

（a）“三防”整理

紡織品傳統(tǒng)的“三防”整理，常常需要經(jīng)過(guò)軋、烘、焙等工序，工藝流程長(zhǎng)，需要耗用大量的能量；而且需要昂貴的整理劑，以及其它添加劑等。因而其加工成本高，同時(shí)整理后，往往也影響或犧牲纖維或織物本身的特性及性能。更為重要的是，這些整理劑或交聯(lián)劑，以及其它添加劑中，可能含有或會(huì)產(chǎn)生如甲醛等的有毒有害物質(zhì)，因而其在高檔產(chǎn)品或外貿(mào)產(chǎn)品中的應(yīng)用正越來(lái)越受到限制。

低溫等離子體處理技術(shù)，以及特有的環(huán)保加工方式，可直接采用單體或相關(guān)氣體作為功能整理劑對(duì)織物進(jìn)行處理，同樣可達(dá)到傳統(tǒng)的“三防”整理效果。無(wú)需從單體到功能整理劑的化學(xué)合成過(guò)程，無(wú)需其它任何交聯(lián)劑或添加劑等，而且工藝環(huán)保簡(jiǎn)單。

（b）在涂層整理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的涂層整理工藝中，除需要性能較好的涂層劑外，為增強(qiáng)涂層和織物的剝離強(qiáng)力或粘結(jié)力，各種交聯(lián)劑等往往起到很重要的作用。低溫等離子體處理技術(shù)，可直接起到或可取代交聯(lián)劑的作用，能達(dá)到增強(qiáng)涂層織物剝離強(qiáng)力的功效。同時(shí)由于可減少或無(wú)需采用交聯(lián)劑，涂層織物的手感將得到有效改善。

（c）其它功能整理

根據(jù)客戶的要求，采用低溫等離子體處理技術(shù)，還可進(jìn)行各類紡織品的多種多樣的特定整理。凡傳統(tǒng)工藝能達(dá)到的效果，一般都可在等離子體處理技術(shù)中得到實(shí)現(xiàn)。如疏水性合成纖維的抗靜電整理，各類紡織品的阻燃整理，留香整理等等。

4.低溫等離子技術(shù)在紡織應(yīng)用中存在的問(wèn)題

4.1 時(shí)效性問(wèn)題

低溫等離子體對(duì)纖維改性效果的時(shí)間穩(wěn)定性一直是個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。南通工學(xué)院的陳惠美等在采用烘箱法改善滌綸長(zhǎng)絲吸濕性研究中發(fā)現(xiàn)，在一般的非聚合性等離子體改性中，纖維的改性效果隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)有所下降。開(kāi)始時(shí)下降幅度較大，以后下降幅度較小，最后有趨于平衡穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。但在等離子體接枝聚合中，改性效果下降很小，可以認(rèn)為不存在時(shí)效性問(wèn)題。這與日本S.Kanazawa等人對(duì)聚四氟乙烯的等離子體改性研究所得結(jié)果一致?？傊?，時(shí)效性問(wèn)題是一個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題，目前仍無(wú)統(tǒng)一的看法。

4.2 目前發(fā)展中存在的問(wèn)題

目前，低溫等離子體技術(shù)基本上還處于實(shí)驗(yàn)階段，試驗(yàn)的處理裝置大多還是實(shí)驗(yàn)室的小裝置，而且有以下不足：

（1）反應(yīng)條件的設(shè)定因素多；

（2）對(duì)處理裝置的依賴性大；

（3）反應(yīng)復(fù)雜，生成物的化學(xué)結(jié)構(gòu)難固定；

（4）處理裝置的高頻發(fā)生器、電機(jī)形狀、處理氣體導(dǎo)入法、監(jiān)控法等有待進(jìn)一步改進(jìn)、完善；

（5）抽真空與連續(xù)化等問(wèn)題影響了該項(xiàng)技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

此外，到目前為止，雖然不同等離子體對(duì)同一織物產(chǎn)生不同的處理效果，以及同一等離子體不同作用參數(shù)產(chǎn)生不同作用效果已有許多研究成果，但由于等離子體技術(shù)作用機(jī)理的復(fù)雜性和等離子體固有的不穩(wěn)定性，使得未解決的問(wèn)題還有很多。發(fā)掘等離子體技術(shù)在紡織領(lǐng)域的更多用途，以及如何將等離子體技術(shù)應(yīng)用于紡織大規(guī)模生產(chǎn)等，還有待于進(jìn)行更廣泛、更深入的研究。

參考文獻(xiàn)

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第4篇：等離子體物理范文

等離子體滅菌技術(shù)是消毒學(xué)領(lǐng)域近年來(lái)出現(xiàn)的一項(xiàng)新的物理滅菌技術(shù)，隨著醫(yī)學(xué)和生物高新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有滅菌技術(shù)已不能滿足某些特殊要求，一些不耐高溫的精密醫(yī)療儀器，如纖維窺鏡和其它畏熱材料都需要低溫滅菌技術(shù)，等離子體滅菌技術(shù)是繼甲烷、環(huán)氧已烷、戊二醛等滅菌技術(shù)之后，又一新的低溫滅菌技術(shù)，等離子體滅菌技術(shù)克服了上述方法時(shí)間長(zhǎng)，有毒性的缺點(diǎn)，是一種既安全，又可靠的全新的醫(yī)療器械低溫滅菌方法。

1 原理

過(guò)氧化氫低溫等離子滅菌器的工作原理是通過(guò)過(guò)氧化氫低溫等離子體進(jìn)行滅菌，等離子體是指不斷從外部對(duì)物質(zhì)施加能量而使其離解成了陰陽(yáng)電荷粒子的物質(zhì)狀態(tài)，由于按照能級(jí)順序，物質(zhì)狀態(tài)依次為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、等離子體，因此等離子體習(xí)慣上又稱為第四態(tài)，等離子體在消毒過(guò)程中通過(guò)特定方式使醫(yī)療器械和手術(shù)器械上的各種微生物失去活性，從而達(dá)到滅菌目的。其滅菌作用機(jī)理包括以下三個(gè)方面。

1.1 活性基團(tuán)作用: 等離子體中含有的大量活性氧離子，高能自由基團(tuán)等成份，極易與細(xì)菌、霉菌及芽胞、病毒中蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)而變化，使各類微生物死亡。

1.2 高速粒子擊穿作用: 在滅菌實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)電鏡觀察經(jīng)等離子體作用后的細(xì)菌菌體與病毒顆粒圖像，均呈現(xiàn)千瘡百孔狀，這是由具有高動(dòng)能的電子和離子產(chǎn)生的擊穿蝕刻效應(yīng)所致。

1.3 紫外線的作用: 在激發(fā)H2O2 形成等離子體的過(guò)程中，伴隨有部分紫外線產(chǎn)生，這種高能紫外光子（3.3-3.6ev）被微生物或病毒中蛋白質(zhì)所吸收，致使其分子變性失活。

2 臨床應(yīng)用

2.1 主要應(yīng)用臨床醫(yī)療材質(zhì)和幾何形狀都符合要求的器材，只要按照要求進(jìn)行使用，該滅菌柜就能順利達(dá)到10―6SAL的滅菌水平。

2.2 過(guò)氧化氫低溫等離子滅菌器既可對(duì)金屬醫(yī)療器材進(jìn)行低溫滅菌也可對(duì)非金屬醫(yī)療器械進(jìn)行低溫滅菌，特別適用于非耐高熱物品、非耐濕物品、主要有運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、婦科、外科、五官科、眼科、泌尿外科等腔鏡器械，如關(guān)節(jié)鏡、腹腔鏡、鼻竇內(nèi)鏡、電切內(nèi)鏡、輸尿管鏡、電凝線、電鉆、電鋸等物理消毒。

3 滅菌器的特點(diǎn)

3.1 安裝環(huán)境要求簡(jiǎn)單，不需要特殊的管道排水系統(tǒng)，不需要單獨(dú)隔離的房間。

3.2 切斷電源后，產(chǎn)生的各種活性粒子能夠在幾毫秒內(nèi)消失，不會(huì)對(duì)操作人員構(gòu)成傷害，安全可靠，所以不需要特殊的排風(fēng)系統(tǒng)。

3.3 滅菌溫度低，對(duì)器械無(wú)損傷，滅菌完成后即可使用，器械的周轉(zhuǎn)速度快。

3.4 采用圓筒形滅菌室，能相對(duì)減少抽真空的時(shí)間，保證較好的電離效果。

第5篇：等離子體物理范文

等離子體DNA？

盡管等離子體的行為會(huì)遵循簡(jiǎn)單的電磁規(guī)律，但其行為的復(fù)雜性往往超乎想像，特別是有電流通過(guò)時(shí)的表現(xiàn)尤其不凡。早在20世紀(jì)初，瑞典科學(xué)家伯克蘭和美國(guó)科學(xué)家朗格繆爾就發(fā)現(xiàn)等離子體會(huì)形成類似生命的現(xiàn)象：電流在等離子體中的傳播會(huì)形成細(xì)絲，這些細(xì)絲之間距離太近的時(shí)候會(huì)相互排斥，但距離較遠(yuǎn)的時(shí)候又會(huì)相互吸引；如果有相距不太遠(yuǎn)的兩股電流同時(shí)在等離子體中傳播，那么所形成的這兩股細(xì)絲會(huì)相互旋轉(zhuǎn)并纏繞在一起，好像是擰成了繩子，又像是形成了雙螺旋的DNA，這是由于兩股電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)間的復(fù)雜的相互作用導(dǎo)致的。

說(shuō)形成了類似DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)一點(diǎn)不過(guò)分，電流雙螺旋不穩(wěn)定時(shí)，其相互作用會(huì)讓不穩(wěn)定的地方變?yōu)榉€(wěn)定的結(jié)構(gòu)，類似DNA的修復(fù)；雙螺旋還會(huì)分叉、斷開(kāi)，分為兩個(gè)同樣的雙螺旋，類似DNA的復(fù)制過(guò)程。好像那就是等離子體DNA！

等離子體細(xì)胞？

更令人震驚的是，21世紀(jì)以來(lái)，羅馬尼亞的物理學(xué)家竟然利用等離子體制造出了類似細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。研究者先把兩個(gè)電極插入一個(gè)包含低溫氬氣等離子體（把零下100多攝氏度冷凍過(guò)的氬氣容器放入高壓電場(chǎng)中，氬氣電離形成電子、氬離子以及氬原子混合的帶電物質(zhì)）的容器中，在電極間輸入高壓電，一個(gè)光彩耀目的能量弧產(chǎn)生了，從一個(gè)電極跳躍到另一個(gè)電極，就像是一個(gè)微型閃電。之后，奇妙的現(xiàn)象出現(xiàn)了，離子和電子在正電極處高濃度積聚，并立即形成球體：每個(gè)球體的外殼都分兩層，外面一層是帶負(fù)電的電子，里面一層是帶正電的氬離子，內(nèi)外兩層形成了類似生物細(xì)胞的膜。

也許這沒(méi)有什么，但奇妙的是，這些等離子球還能一分為二，復(fù)制出另一個(gè)球，與細(xì)菌的繁殖方式?jīng)]有兩樣。不僅如此，在增大輸入電量的過(guò)程中，等離子體球還會(huì)不斷長(zhǎng)大，直徑可以從最初的幾微米增大到幾厘米，而且還可以通過(guò)吃食（捕獲不帶電的氬原子）繼續(xù)長(zhǎng)大。在增大電量的過(guò)程中，不僅等離子體球的直徑會(huì)增大，等離子體球的壽命也隨之增大。更不可思議的是，這些等離子體球之間還能夠相互傳遞信息。有的等離子體球在形成后會(huì)由于各種因素而不斷跳動(dòng)（類似心臟的搏動(dòng)），跳動(dòng)的過(guò)程中會(huì)向周圍輻射電磁波，這些電磁波被其他等離子體球接收后，電磁波本身的能量會(huì)讓這些等離子體球都跳動(dòng)起來(lái)，并且是以共同的頻率跳動(dòng)。就好像這些等離子體球相互串通了信息，共同行動(dòng)一樣。

這些等離子體球的表現(xiàn)與有生命的細(xì)胞像極了，生物學(xué)家定義活細(xì)胞有5個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)，即能夠自我復(fù)制、能夠傳輸信息、具有新陳代謝、能夠生長(zhǎng)，還要有將細(xì)胞與環(huán)境分離開(kāi)的明確邊界。這5個(gè)活細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)，上述等離子體球都滿足了，是不是真的可以把它們稱為等離子體細(xì)胞了？

等離子體生命？

而且，等離子體在一瞬間就可以形成一個(gè)人形的生命，科學(xué)家近期通過(guò)放電的方式，在等離子體中制造出了人形電閃光。這閃光對(duì)膠片的曝光會(huì)留下清晰的一個(gè)人形，只是腰部左右側(cè)的兩個(gè)圈好像是多余的。有趣的是，地球上的巖石上竟然有很多這種類似的圖案，收集者已經(jīng)收集了25000多幅類似圖案的巖畫了。這些圖案都有腰部的兩個(gè)點(diǎn)或圈。這些圖案雖然沒(méi)有人形電閃光留下的影子對(duì)稱，但是那共同的特征是相同的：雙臂分開(kāi)（上舉），邁開(kāi)雙腿（行路），腰部?jī)蓚?cè)各有一個(gè)圓點(diǎn)或圓圈。

難道這是巧合嗎？人形電閃光與人形巖畫有什么關(guān)系？是等離子體生命曾經(jīng)來(lái)到過(guò)地球，并在巖石上畫下了自己的形象？還是古代的人見(jiàn)過(guò)這種形象的生命而把它們的形象保留下來(lái)？還是地球上形成的人形閃電擊打到巖石上，留下了自己的形象？研究這個(gè)現(xiàn)象的科學(xué)家認(rèn)為第三種推測(cè)可能性更大。

那么人形閃電不是很對(duì)稱的嗎？怎么留下的形象是歪歪扭扭的？確實(shí)，這是持這種說(shuō)法的科學(xué)家的心頭之痛：這確實(shí)不好解釋，不過(guò)也許是由于巖石不均勻，人形閃電擊打巖石的時(shí)候，巖石表面剝落時(shí)，也不均勻，于是這個(gè)過(guò)程就像手藝拙劣的石刻家在石頭上留下了粗糙的作品。

但不管是哪種情況，等離子體的人形是可以形成的。等離子體雖然在地球上好像不常見(jiàn)，但在整個(gè)宇宙中，占據(jù)了可見(jiàn)物質(zhì)的99%，所有的恒星都是等離子體組成的，宇宙空間中也飄散著等離子的稀薄氣體。既然地球上普遍存在的碳可以形成我們熟悉的生命，那么宇宙中普遍存在的等離子體形成等離子體生命的可能性不是太大了嗎？

磁氣圈之謎

也許，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，等離子體生命的探討意義不大。更有意義的是，既然宇宙中大部分物質(zhì)是等離子態(tài)的，那么，宇宙中的很多現(xiàn)象就與等離子體不無(wú)關(guān)系。值得關(guān)注的是，所有等離子體中的放電現(xiàn)象（電流通過(guò)時(shí)的現(xiàn)象）與放電的大小和規(guī)模無(wú)關(guān)，無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室、還是在星際間或星系范圍，等離子體的表現(xiàn)是一樣的。但有趣的是，這些現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間與放電的大小有關(guān)，基本成正比關(guān)系：實(shí)驗(yàn)室里的火花也許只是持續(xù)幾個(gè)毫秒，但在星球范圍內(nèi)的放電，同樣現(xiàn)象能持續(xù)幾年，而在星系或更大范圍內(nèi)的放電，同樣現(xiàn)象可以持續(xù)百萬(wàn)年。宇宙中的很多現(xiàn)象都可以用等離子體的性質(zhì)來(lái)解釋。

例如，行星周圍一般都有磁氣圈包裹著，保護(hù)著行星免受恒星輻射出的離子的侵襲。對(duì)于磁氣圈的形成，科學(xué)家用等離子體也可以模擬出來(lái)，那是一瞬間的事情。把一個(gè)帶電的球放入等離子體中后，等離子體會(huì)在球的周圍馬上形成一個(gè)雙層的球形外套（一層是正電荷，一層是負(fù)電荷）把球包裹起來(lái)。這個(gè)外套也把球保護(hù)了起來(lái)，外界的正負(fù)電荷無(wú)法接觸到內(nèi)部的球。

那么為什么開(kāi)始等離子體中的電荷不會(huì)與小球的電荷中和呢？這是因?yàn)榈入x子體中正負(fù)電荷是等量的，整體不顯電性，假設(shè)小球帶正電，并且等離子體中的電子與小球的正電中和了，那么等離子中靠近小球的一圈就有多余的正電荷剩余了，這一圈正電荷又會(huì)在小球表面感應(yīng)出等量的負(fù)電荷，于是小球周圍還是正負(fù)電荷的雙層保護(hù)層，小球本身由于感應(yīng)還是帶正電。這層保護(hù)層如何屏蔽外界電荷呢？這與金屬能夠屏蔽電場(chǎng)是一樣的，金屬也可以看作自由電子與金屬離子的混合體，類似等離子體。

彗星之謎

彗星一直被認(rèn)為是由臟雪球組成的，因?yàn)殄缧墙咏?yáng)的過(guò)程中，會(huì)因太陽(yáng)風(fēng)的吹拂而揮發(fā)，從而出現(xiàn)一個(gè)掃帚式的長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴，據(jù)分析，尾巴中確實(shí)含有大量的水汽。

但科學(xué)家用探測(cè)器考察彗星的表面，卻發(fā)現(xiàn)彗星的表面并不是含水的臟雪球，例如深度太空1號(hào)（Deep Space 1）探測(cè)器飛越波瑞利彗星表面時(shí)，就發(fā)現(xiàn)波瑞利彗星表面不僅很干，而且很熱，表面沒(méi)有一絲水汽，只是在彗尾發(fā)現(xiàn)了水汽，而彗尾的水汽很可能是彗星表面帶負(fù)電的氧離子與來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的帶正電的氫離子反應(yīng)而生成的。美國(guó)宇航局的星塵號(hào)探測(cè)器對(duì)瓦爾德-2彗星的探測(cè)更震驚了研究者：在靠近彗星的過(guò)程中，來(lái)自彗星的強(qiáng)烈的微塵噴射就像閃電一樣襲擊探測(cè)器，探測(cè)器表面布滿了坑洞，這根本不像是揮發(fā)的臟雪球能做到的；而且分析顯示，瓦爾德-2彗星含有異常灼熱條件下才能形成的物質(zhì)。

這些探測(cè)都讓科學(xué)家很困惑，彗星到底是不是臟雪球組成的？如果不是，那么為什么會(huì)形成那么壯觀的彗尾，如果是，為什么探測(cè)到的數(shù)據(jù)不是很支持這個(gè)說(shuō)法？

研究等離子體的科學(xué)家可以解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)：計(jì)算機(jī)模擬顯示，如果太陽(yáng)周圍存在球形電場(chǎng)，太陽(yáng)系彌漫著等離子體物質(zhì)，同時(shí)彗星也是帶電的，那么不論彗星是巖石組成的還是臟雪球組成的，如果以長(zhǎng)橢圓軌道接近太陽(yáng)，太陽(yáng)的電場(chǎng)和彗星的電場(chǎng)相互作用，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的放電，這會(huì)剝離彗星表面的物質(zhì)，而形成異常壯觀的彗尾，彗尾中也都會(huì)因彗星上剝離的氧離子與太陽(yáng)風(fēng)中的氫離子反應(yīng)有水汽。這樣，彗星是不是臟雪球組成的就不重要了。

天體旋轉(zhuǎn)之謎

還有，為什么宇宙中的天體、星系都在旋轉(zhuǎn)？長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家的解釋很勉強(qiáng)：對(duì)于地球?yàn)槭裁磿?huì)旋轉(zhuǎn)，科學(xué)家解釋說(shuō)是地球形成時(shí)的塵埃盤把轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)量給了地球，那么塵埃盤為什么會(huì)旋轉(zhuǎn)？科學(xué)家也許會(huì)說(shuō)是形成塵埃盤的物質(zhì)把轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)量給了塵埃盤，那么形成塵埃盤的物質(zhì)又為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)？……這樣連續(xù)問(wèn)下去，最后會(huì)問(wèn)到為什么星云、星系會(huì)旋轉(zhuǎn)，科學(xué)家還是解釋不了。顯然這種解釋并沒(méi)有揭示出宇宙中天體旋轉(zhuǎn)的本質(zhì)原因。

等離子體科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：等離子體中相互作用的電流很自然地就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，宇宙中大規(guī)模的旋轉(zhuǎn)的電流又能夠把物質(zhì)聚集起來(lái)形成旋轉(zhuǎn)的星體和星系。由此可見(jiàn)，星體以及星系的形成和旋轉(zhuǎn)，很可能只是等離子體中電流的獨(dú)特行為，不需要不可見(jiàn)的暗物質(zhì)來(lái)幫助（如果用引力理論來(lái)解釋星系的旋轉(zhuǎn)，科學(xué)家需要用大量的看不見(jiàn)的暗物質(zhì)來(lái)貢獻(xiàn)引力，才能解釋星系整體的旋轉(zhuǎn)），也不需要星系中心都有未證實(shí)的超大質(zhì)量黑洞。

第6篇：等離子體物理范文

關(guān)鍵詞：低溫；等離子體；技術(shù)；環(huán)境工程；研究進(jìn)展

引言

低溫等離子體是一種非平衡狀態(tài)的等離子體，在廢渣、廢氣、廢水等工業(yè)三廢的處理過(guò)程中，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。只有通過(guò)不同等離子體的放電種類和放電原理進(jìn)行分析和比較，才能總結(jié)出不同的低溫等離子體在不同廢棄物中的處理優(yōu)勢(shì)。

1 低溫等離子體概述

當(dāng)電離氣體有著相等的正負(fù)電荷，電離度在千分之一以上時(shí)，就屬于等離子體。對(duì)于等離子體來(lái)說(shuō)，它的組成部分有很多，其中就要包含離子、電子、光子、中性原子、自由基等等。如果正離子的電荷數(shù)同電子的電荷數(shù)是一樣的，那么，在整體上，呈現(xiàn)出來(lái)的就是電中性。同時(shí)，低溫等離子體的形態(tài)很特別，既不是氣態(tài)，也不是固態(tài)，更不是液態(tài)。在物質(zhì)存在的形態(tài)里面，它屬于這三種形態(tài)之外的一種形態(tài)。等離子體的特點(diǎn)較為突出，包括：在導(dǎo)電方面具有較強(qiáng)的性能，作為導(dǎo)電流體來(lái)說(shuō)是非常優(yōu)秀的，有鑒于此，可以將其應(yīng)用在磁流體發(fā)電方面；電離氣體在熱效應(yīng)方面也有一些體現(xiàn)；等離子體既不是氣體、也不是固體、更不是液體，它是物質(zhì)的第四種形態(tài)。低溫的等離子體含有電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)分子，呈現(xiàn)電中性，但是很容易與其他的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，性質(zhì)比較活潑，反應(yīng)的速度較快。

2 離子體的分類

一般情況下，把離子體按照熱力學(xué)平衡的不同進(jìn)行分類，可以分為高溫等離子體、低溫等離子體、熱等離子體等三種離子類型。高溫等離子體又叫做完全熱力學(xué)等離子體，低溫等離子體又叫非熱力學(xué)等離子體，熱等離子體又叫做局部熱力學(xué)平衡等離子體。低溫等離子體的表面溫度比較低，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)用范圍非常的廣泛。低溫等離子體可以用來(lái)對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行雕刻、可以對(duì)材料表面進(jìn)行改性、可以對(duì)廢氣、廢水進(jìn)行處理、制備臭氧等。

3 低溫等離子體的放電技術(shù)

3.1 放電類型

低溫等離子的放電技術(shù)主要是指在電場(chǎng)作用下使氣體電離，形成具有一定電導(dǎo)率的帶電氣體，氣體放電的類型主要有輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電、滑動(dòng)電弧放電等五種基本的類型。氣體放電的具體形式是根據(jù)電場(chǎng)的參數(shù)決定。等離子體的形態(tài)不同，對(duì)應(yīng)的直流伏安特性也不同。

3.2 輝光放電

輝光放電是屬于低氣壓發(fā)電的，輝光放電的本質(zhì)就是等離子體能夠發(fā)光，放電本質(zhì)就是原子或分子間的碰撞能夠產(chǎn)生可見(jiàn)光。輝光放電的能級(jí)要高于電暈放電。輝光放電的工作壓力非常低，構(gòu)造的原理也非常的簡(jiǎn)單，只要在封閉的容器里放置兩塊平行的電極板，使中性的原子和分子在電子的作用下由激發(fā)態(tài)向基態(tài)轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中就會(huì)釋放出能量，發(fā)出可見(jiàn)光。輝光放電受到低氣壓的影響，在日常生活中不能廣泛應(yīng)用。輝光放電分為兩種形式，一種是大氣壓輝光放電，一種是低氣壓輝光放電。大氣壓輝光放電與低氣壓輝光放電相比，低氣壓輝光放電成本較為高昂，大氣壓輝光放電生產(chǎn)成本和營(yíng)運(yùn)成本都比較低廉。因而，在生活中的適用范圍比較廣泛，可以采用輝光放電技術(shù)來(lái)制備臭氧、滅菌、消毒、進(jìn)行空氣凈化、進(jìn)行水處理等。

3.3 滑動(dòng)電弧放電

滑動(dòng)電弧放電是指電極上的電壓超過(guò)了最小的擊穿電壓，電壓越高，電子流過(guò)電場(chǎng)的時(shí)間越短。電極兩端的高電壓會(huì)使在電極間流動(dòng)的氣體在電極最窄處被擊穿，電源擊穿后，就會(huì)以中等電壓提供強(qiáng)有力的能夠產(chǎn)生電弧的大電流，電弧熄滅后，重新起弧，周而復(fù)始，這種在兩個(gè)電極間產(chǎn)生電弧擊穿的通道放電的現(xiàn)象就叫做電弧放電。

3.4 低溫等離子體的介質(zhì)阻擋放電

在兩個(gè)放電電極之間充滿氣體，并在電極上覆蓋絕緣物，在兩個(gè)電極上加上足夠大的電壓和電流，讓電極之間的氣體被擊穿而產(chǎn)生電流，電極之間的氣體是介質(zhì)，讓這種介質(zhì)放電，就是低溫等離子體的介質(zhì)放電原理。放電的電荷會(huì)在阻擋介質(zhì)表面積累，形成電場(chǎng)。在介質(zhì)表面形成的是反向電場(chǎng)，影響了電荷的傳播，使這些電荷不能夠形成電流，大部分以微電的形式存在，介質(zhì)放電原理的使用條件很寬裕，不需要真空的環(huán)境，只要在大氣壓條件下，或者高于大氣壓的條件下，都能夠產(chǎn)生介質(zhì)放電。介質(zhì)放電原理在汽車的尾氣處理、臭氧制備、溫室氣體處理、污染物氣體處理等方面應(yīng)用十分廣泛。介質(zhì)阻擋放電原理放電穩(wěn)定、能效較高。

4 低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用

4.1 低溫等離子技術(shù)可以對(duì)廢氣進(jìn)行處理

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷快速迅猛發(fā)展，在石油、油漆、印刷、涂料中產(chǎn)生了大量的廢氣，這些揮發(fā)性的有機(jī)物氣體，隨風(fēng)漂移，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染。直接對(duì)人體的健康造成了危害。這些有機(jī)物氣體讓大氣逐漸惡化，形成了酸雨。二氧化碳的大量排放，是全球的氣溫變化的主要原因。這些有機(jī)物氣體的危害嚴(yán)重，已經(jīng)引起了世界各個(gè)國(guó)家的關(guān)注。低溫等離子技術(shù)是一種可行的、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的處理辦法。

汽車尾氣污染在全球都是引人關(guān)注的話題，汽車尾氣的排放物主要有氮氧化物、一氧化碳、黑煙顆粒等有機(jī)廢物，在汽車尾氣處理過(guò)程中，可以利用低溫等離子體介質(zhì)阻擋放電原理將汽車的尾氣處理成氮?dú)狻⒍趸?、水等沒(méi)有危害或者危害很小的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。低溫等離子體技術(shù)的應(yīng)用可以有效去除廢氣物中的污染氣體。

4.2 低溫等離子體技術(shù)可以處理廢水

當(dāng)前，水資源的污染嚴(yán)重是世界各個(gè)國(guó)家都普遍關(guān)注的話題，在水污染問(wèn)題中，污染最為嚴(yán)重的是有機(jī)物的水污染問(wèn)題，這些有機(jī)物的污染在水域h境中存在時(shí)間長(zhǎng)、危害范圍大、危害的范圍廣、污染嚴(yán)重、污染物難以降解。

低溫等離子體的廢水處理技術(shù)是一種多種作用融于一體的處理技術(shù)，低溫等離子技術(shù)具有高能電子輻射、臭氧氧化、紫外光分解等作用，低溫等離子體處理廢水技術(shù)研究表明，大分子物質(zhì)可以降解為小分子物質(zhì)，芳香類物質(zhì)可以降解為有機(jī)酸。

低溫等離子體能夠?qū)λ廴局械挠袡C(jī)物進(jìn)行有效的降解，將有機(jī)物分解為危害比較小的有機(jī)物或者無(wú)機(jī)物。低溫等離子體中大量存在的高能電子將大分子有機(jī)物降解為小分子物質(zhì)。目前，低溫等離子技術(shù)對(duì)污水的處理還處于試驗(yàn)階段，各個(gè)專家都從各自的專業(yè)領(lǐng)域，證明了低溫等離子體降解污染物的有效性。低溫等離子體技術(shù)中的脈沖電暈放電可以有效降解燃料污染物中的酚酞物質(zhì)。一般來(lái)講當(dāng)脈沖峰值在38千伏時(shí)，只需要一分鐘左右，就可以將污染物中難以降解的物質(zhì)完全脫色。

4.3 低溫等離子體在臭氧制備方面的應(yīng)用

臭氧在日常生活中的應(yīng)用很廣泛，臭氧具有強(qiáng)氧化性，是一種強(qiáng)氧化劑，能夠加速其他物質(zhì)反應(yīng)，提高其他物質(zhì)的反應(yīng)速率，是一種催化劑。臭氧還能使其他物質(zhì)脫色，常用來(lái)作為脫色劑。臭氧能夠去除空氣中的臭味，可以作為除臭劑。

低溫等離子體制備臭氧的技術(shù)應(yīng)用很廣泛，臭氧制備器就是采用低溫等離子體技術(shù)的放電原理來(lái)制備臭氧的，但是低溫等離子體制備臭氧的反應(yīng)發(fā)生器的費(fèi)用較高，在工業(yè)的制備臭氧的應(yīng)用上受到了限制。

5 結(jié)束語(yǔ)

低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用十分廣泛，目前，低溫等離子技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，要加快低溫等離子體技術(shù)的發(fā)展，利用低溫等離子體技術(shù)處理環(huán)境污染。低溫等離子體技術(shù)是一種新的技術(shù)，這種技術(shù)的投入必將提高企業(yè)的生產(chǎn)能力。

第7篇：等離子體物理范文

關(guān)鍵詞：電極；等離子體；放電；裝置

中圖分類號(hào)：S330 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

利用等離子體高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)改性處理已越來(lái)越為人們所認(rèn)可[1]，研制和開(kāi)發(fā)等離子體改性的工業(yè)化設(shè)備也越來(lái)越受到重視。等離子體改性設(shè)備中的一個(gè)最重要的配件就是通過(guò)氣體放電產(chǎn)生等離子體的放電電源。

1 射頻電源在等離子體種子激活改性設(shè)備中的重要性

通常所用的電源按頻率分類可分為：直流電源、低頻電源、射頻電源和微波等[2-4]。如果是采用直流電源，則為了防止電弧的形成而需要使用限流電阻器，對(duì)不同的氣體和不同的工作條件，都要改變限流電阻阻值，因此難以調(diào)控，而且限流電阻本身也消耗電功率；對(duì)于低頻電源：由于激發(fā)頻率低，交變周期長(zhǎng)，比等離子體存在的時(shí)間大，因而，在每半周期內(nèi)等離子體變暗或熄滅，極不穩(wěn)定；微波電源雖然頻率高，等離子體穩(wěn)定，反應(yīng)活性大，但對(duì)于大體積等離子體反應(yīng)室而言，不僅微波電源價(jià)格昂貴，而且難以獲得均勻的等離子體。所以在產(chǎn)生等離子體的低氣壓輝光放電中通常采用射頻電源[5]。

等離子體表面改性設(shè)備使用電源的原則是使等離子體中的活性粒子在電場(chǎng)作用下盡可能獲得更多的能量，相互進(jìn)行能量交換，尤其是發(fā)生非彈性碰撞。帶電粒子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)速率（U）和帶電粒子本身的遷移率（K）及電場(chǎng)強(qiáng)度（E）有關(guān)（U=KE），一般來(lái)說(shuō)，離子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的幾千倍，離子在電場(chǎng)方向的移動(dòng)距離非常小，所以常視為靜止，而主要是電子的運(yùn)動(dòng)。在低氣壓輝光放電的等離子體改性設(shè)備中通常使用的射頻電源的頻率是13.56 Mhz ，由于其頻率十分高，電子在快速的交變電場(chǎng)中往返振蕩，不斷的加速運(yùn)動(dòng)就會(huì)從電場(chǎng)中獲得更多的能量，并將其能量轉(zhuǎn)換給其他粒子，又產(chǎn)生新的粒子和光子等。在這樣高頻電場(chǎng)的作用下，等離子體中活性粒子的熄滅時(shí)間比激發(fā)的半周期時(shí)間大得多，因此等離子體非常穩(wěn)定，反應(yīng)活性也非常強(qiáng)。另外，引進(jìn)射頻電源的兩片電極，只是產(chǎn)生高速變化的交變強(qiáng)電場(chǎng)，提供電子在電場(chǎng)中獲取能量，而并非有傳導(dǎo)電流通過(guò)（甚至在玻璃反應(yīng)室的情況，還可以無(wú)極放電），因此，電極本身不會(huì)過(guò)度加熱。同時(shí)，不論等離子體反應(yīng)室體積大小，使用射頻電源都可以獲得均勻的等離子體工作區(qū)。但是等離子體改性設(shè)備使用射頻電源也有不利之處：（1）需要一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)射頻等離子體的入射功率和反射功率，使電源的阻抗與等離子體阻抗相匹配。（2）由于射頻電源的頻率十分高，因而電源開(kāi)啟時(shí)對(duì)其他部件的干擾十分強(qiáng)烈，或者在非工作區(qū)放電，以至于影響等離子體的改性效果，射頻的泄漏還會(huì)危害人體健康。

2 射頻電源應(yīng)用的兩項(xiàng)技術(shù)

（1）懸浮電極

射頻電源的輸出兩端連接在兩塊電極上，為使阻抗匹配更好，兩根引線盡可能等長(zhǎng)，并且反應(yīng)室內(nèi)所有導(dǎo)電部件不與外殼相連（一般情況下，外殼是與地相通的），如果有一電極與外殼相連，則存在兩個(gè)弊端：① 不僅是電極之間放電，而且電極還要與外殼放電，形成非工作區(qū)的放電，損耗電源功率。②由于一個(gè)電極與外殼相連，則與外殼相連的那個(gè)電極的導(dǎo)電表面積將大大地大于另一個(gè)電極，等離子體產(chǎn)生之后，在表面積上的等離子體鞘形成的負(fù)電位也將相差懸殊，形成巨大的自偏壓，從而使放電中的直流成分增加，影響等離子體處理效果。

（2）屏蔽電場(chǎng)

放電電極即使不與外殼相連，由于射頻電源感應(yīng)效應(yīng)，電極也可能與外殼局部放電，產(chǎn)生等離子體非工作區(qū)，為此，在電極與外殼之間設(shè)置一懸浮的金屬板，從而阻斷其產(chǎn)生電場(chǎng)的可能，起了屏蔽場(chǎng)的作用，達(dá)到預(yù)定的效果。

3 射頻電源非工作區(qū)屏蔽

當(dāng)外加頻率足夠高時(shí)，振蕩周期將可以與電子或離子（特別是離子）跨越等離子體和電極間的鞘層所需的時(shí)間相比擬，在這樣的射頻下（RF），注入功率與等離子體的互作用幾乎完全受位移電流而不是實(shí)在電流支配，因而物理過(guò)程就完全不同了。射頻電源最重要的優(yōu)點(diǎn)之一是：它與等離子體的互作用是通過(guò)位移電流而不是傳導(dǎo)電流，因而無(wú)需電極與等離子體相接觸即可實(shí)現(xiàn)互作用，特別是產(chǎn)純度的控制是一重要因素時(shí)，電極引起的污染是一嚴(yán)重的缺點(diǎn)，沒(méi)有攜帶電流的電極與等離子體相接觸，還可改善其可靠性，生產(chǎn)重復(fù)性，等離子體反應(yīng)器本身壽命及產(chǎn)品質(zhì)量。

沉積在等離子體內(nèi)的RF功率轉(zhuǎn)換為位移電流，不是真的電流。這意味著更少的電子和離子轟擊電極；通過(guò)真空室壁功率耦合較少；電極加熱較少；沒(méi)有或者弱得多的直流電弧電極噴注；較低的損失和壁復(fù)合，這些都是因?yàn)閺牡入x子體中丟失電子和離子的減少機(jī)制。

通常，已經(jīng)證實(shí)RF產(chǎn)生的等離子體比等效DC或AC等離子體可更穩(wěn)定地運(yùn)行，特別是電極效應(yīng)方面和它可以在沒(méi)有某些DC或AC放電中出現(xiàn)的那種放電模式的躍變。RF等離子體可提供比具有相同電子密度的等效DC或 AC等離子體源更高的電子動(dòng)力學(xué)溫度，這將有利于需要增加自由基的場(chǎng)合，如等離子體化學(xué)反應(yīng)或分解，以及電離反應(yīng)。RF產(chǎn)生的等離子體常常比具有相同體積和密度的等效 DC或AC等離子體有更高的電氣效率，部分原因是它們有更低的電極損失。鑒于以上的這種優(yōu)點(diǎn)，研制的大型冷等離子體改性設(shè)備就采用射頻（RF）電源作為工作電源。但是，對(duì)設(shè)備外殼采用金屬時(shí)，就必須對(duì)殼體進(jìn)行接地屏蔽，防止射頻（RF）泄漏而對(duì)人體產(chǎn)生危害。這就勢(shì)必帶來(lái)工作電極對(duì)地（即非工作區(qū)）放電問(wèn)題。

因?yàn)樵谏漕l（RF）輸出端為電感耦合，其原邊的一端為地，因?yàn)轳詈系脑?，可以肯定的說(shuō)，其副邊的兩端都會(huì)對(duì)地放電。即使采用后的絕緣層隔離，都很難阻止極板對(duì)地的放電現(xiàn)象。這就造成了很大的功耗，使工作區(qū)的工作體無(wú)法正常被加工。而且，由于極板的對(duì)地放電，造成兩板的不平衡（在瞬間可以視作地加電極對(duì)另一電極）則兩極面積不對(duì)稱而產(chǎn)生自偏壓。這對(duì)等離子體化學(xué)反應(yīng)或分解以及電離是極為不利的。為此，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，找到了克服這種現(xiàn)象的根本措施――懸浮屏蔽法。所謂懸浮屏蔽法就是在電極和地之間采用金屬板隔離，（該金屬板為懸浮狀態(tài)）阻斷其產(chǎn)生交變電場(chǎng)的可能。這樣，在電極之間產(chǎn)生的正常的輝光放電，自偏壓亦很低（≤80V），各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到預(yù)期的要求。

4 總結(jié)

通過(guò)與直流電源、低頻電源和微波電源應(yīng)用對(duì)比分析，低氣壓輝光放電等離子體采用射頻電源優(yōu)勢(shì)明顯。通過(guò)射頻電源應(yīng)用是懸浮電極和屏蔽電場(chǎng)二項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，將擴(kuò)展射頻電源在各類等離子體激活改性設(shè)備中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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第8篇：等離子體物理范文

Abstract： Plasma technology has been widely used in various fields. Plasma is a kind of material with high energy， and its application has been expanded. The research of plasma seed treatment technology and the development of digital plasma seed processor are studied. The digital model of plasma seed processor is constructed by CATIA software system. Based on the data of the whole life cycle of the product， the whole production process is simulated， and the production capacity evaluation and the plant planning of the digital production line are evaluated and optimized. The technology and digital equipment have certain industrial application prospect.

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；等離子體；裝備；規(guī)劃

Key words： digitization；plasma；equipment；program

中圖分類號(hào)：S223.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0195-02

0 引言

我國(guó)正在實(shí)行社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，如何保障耕地的合理高效使用，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，改善農(nóng)民的生活水平，迫切需要一種提高農(nóng)作物單位產(chǎn)量的技術(shù)。等離子種子處理技術(shù)是一種先進(jìn)的技術(shù)，開(kāi)辟了等離子體在農(nóng)作物上應(yīng)用的新途徑，為農(nóng)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)出了一條新路子，豐富了我國(guó)的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術(shù)。

1 等離子種子處理技術(shù)

等離子體內(nèi)包含大量的活性粒子，比如電子、自由基、光子、激發(fā)態(tài)的原子、分子、離子等，是一種高能量的物質(zhì)聚集態(tài)。要想利用等離子體處理種子，第一步就需要先獲得穩(wěn)定的等離子體發(fā)生裝置，常用的方法是將空氣電離，形成空氣等離子體，選取適當(dāng)?shù)拿芊馊萜鳎瑢?duì)密封容器進(jìn)行抽真空處理，所謂真空就是低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)，一個(gè)大氣壓為數(shù)萬(wàn)帕，而用于產(chǎn)生等離子體的真空一般氣壓在100帕左右，在這個(gè)密封的容器里還必須裝有兩個(gè)電極，由兩塊導(dǎo)電的平行板構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)平行板電容器，電極通過(guò)導(dǎo)線與外界相連，當(dāng)真空度到100帕左右時(shí)，接通電源，在一定電壓的作用下，真空容器中兩平行板電極間的空氣被電離，就形成了空氣等離子體，在兩極板間主要是氮離子、氧離子和電子，一般物質(zhì)在等離子體狀態(tài)下常常伴有輝光放電現(xiàn)象，這就是等離子體發(fā)生器的基本原理。有了等離子體發(fā)生器，然后將作物的種子以某種方式放入真空容器中兩極板間，讓極板間的等離子體與種子相互接觸，通過(guò)一定時(shí)間、一定強(qiáng)度的等離子處理，種子的活性就可以得到提高，從而達(dá)到農(nóng)作物提高抵御病蟲害能力和提高產(chǎn)量的目的。

2 數(shù)字化等離子種子處理機(jī)

等離子體技術(shù)在我國(guó)還屬于一種新興技術(shù)，因此等離子體種子處理設(shè)備也相對(duì)陌生，但該設(shè)備的出現(xiàn)彌補(bǔ)了我國(guó)冷等離子體種子激活處理設(shè)備的空白，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。冷等離子體種子激活處理設(shè)備主要由真空系統(tǒng)、放電系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分組成。借助合適的軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化平臺(tái)構(gòu)建。Dassault Systemes的CATIA軟件系統(tǒng)中DELMIA 模塊包括兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的獨(dú)立軟件，DPE（數(shù)字工藝工程）和DPM（數(shù)字制造工藝）。DPE 為數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺(tái)，是產(chǎn)品工藝和資源規(guī)劃應(yīng)用的平臺(tái)。利用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初步階段產(chǎn)生的數(shù)字樣機(jī)或EBOM數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品分析，工流程定義，制定總工藝設(shè)計(jì)計(jì)劃，工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃、工藝路線制定；同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)工藝方案評(píng)估，工時(shí)分析，車間設(shè)施布局和車間的物流仿真等功能。DPM 為工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃和驗(yàn)證應(yīng)用的環(huán)境。它是按照DPE 中設(shè)計(jì)好的各種工藝并結(jié)合各種制造資源，以實(shí)際產(chǎn)品的3 維（或數(shù)字樣機(jī)）模型，構(gòu)造3 維工藝過(guò)程，進(jìn)行數(shù)字化裝配過(guò)程仿真與驗(yàn)證。

3 等離子種子處理機(jī)數(shù)字模型的構(gòu)建

等離子種子處理機(jī)主要由真空系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、放電系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。我們分別對(duì)四大系統(tǒng)應(yīng)用CATIA V5進(jìn)行三維數(shù)字模型的構(gòu)建，進(jìn)行裝配，生成EBOM表，并且優(yōu)化仿真，有限元分析，然后再進(jìn)行總裝，制定加工流程等。

放電系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)等裝置存在于真空系統(tǒng)的內(nèi)部，所以真空系統(tǒng)是整套設(shè)備的載體，重中之重，當(dāng)起密封性出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，由于真空倉(cāng)內(nèi)部氣壓與外界的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相差較大，輕則機(jī)器損壞，重則引起整個(gè)機(jī)器的爆炸，造成不可挽回的損失。所以我們需要隨其進(jìn)行虛擬的裝配仿真、零件干涉驗(yàn)證，生成EBOM表、以及強(qiáng)度的校核等工作。

在實(shí)際安裝過(guò)程中，通常先完成各個(gè)部件的子裝配及完成各部件的拼裝。根據(jù)工程實(shí)際情況，裝配體采用自下而上的建模方法。在建模過(guò)程中，用螺栓擰緊的和焊接的連接，擰緊后的一個(gè)整體視為同一個(gè)零件裝配。

在等離子種子優(yōu)化機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配，可以滿足工程人員查看有關(guān)裝配問(wèn)題的需要，幫助他們做出決策，例如選擇零部件配合公差、確定零部件在拆裝過(guò)程中所需的空間、安排零部件的拆裝方向和軌跡等，從而確定合理地裝配工藝和裝配流程，并應(yīng)用到實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中，如此不僅能夠提高設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的裝配精度，還能夠大大提高工作效率。此外，真空系統(tǒng)的虛擬裝配系統(tǒng)可以比較準(zhǔn)確地反映產(chǎn)品的物理性能，由于利用真空系統(tǒng)的虛擬裝配系統(tǒng)能夠在大批量生產(chǎn)產(chǎn)品之前就做出虛擬樣機(jī)，從而幫助設(shè)計(jì)者找到設(shè)計(jì)缺陷，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，且能夠大大降低成本，避免了資源浪費(fèi)。

4 數(shù)字化生產(chǎn)線的產(chǎn)能評(píng)估和廠區(qū)規(guī)劃

數(shù)字化工廠（DF）是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步U展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。它將有利于我們進(jìn)行規(guī)劃廠區(qū)、預(yù)估產(chǎn)能、工藝規(guī)劃等工作人機(jī)工程學(xué)是研究“人一機(jī)一環(huán)境”系統(tǒng)中人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決該系統(tǒng)中的效能、健康問(wèn)題提供理論與方法的科學(xué)。通過(guò)數(shù)字化的仿真分析，發(fā)現(xiàn)該套設(shè)備的一次生產(chǎn)周期我2分鐘，而與流水線配套使用后，則可以連續(xù)生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)率，一條流水線在一個(gè)工時(shí)（4小時(shí)）內(nèi)的小麥處理產(chǎn)能為480kg。

一般流水線的形式分為“一字型、U型、環(huán)型”等形式，傳統(tǒng)流水線多為“一字型”，但是經(jīng)常出現(xiàn)前后不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，比如人行通道面積與工作區(qū)域發(fā)生干涉等問(wèn)題。該條流水線我們?cè)O(shè)計(jì)成U型如圖3為所示，總占地面積為15平方米，人行道面積寬為5米，按一個(gè)廠房1000平米算的話，可以布置約30條的流水線，并且整體布局較為合理。

5 總結(jié)

當(dāng)前物理學(xué)研究的一個(gè)重要方向就是等離子體，國(guó)際上很多國(guó)家都將其應(yīng)用在了生物學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，并取得了不錯(cuò)的成果，但是關(guān)于低溫等離子體種子處理的作用機(jī)理研究還需更加深入。現(xiàn)階段冷等離子體種子處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，具備進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用階段的條件，但是要想使該技術(shù)得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用，還需要政府的大力支持。

參考文獻(xiàn)：

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第9篇：等離子體物理范文

0引言

當(dāng)高功率的脈沖激光聚焦于液體中時(shí)，在聚焦區(qū)域液體分子被脈沖激光產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)電離，產(chǎn)生電子．在這個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程中，有的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生自由電子，有的過(guò)程會(huì)抑制自由電子的產(chǎn)生，其結(jié)果導(dǎo)致存在一個(gè)激光強(qiáng)度閾值，當(dāng)脈沖激光光強(qiáng)超過(guò)液體擊穿閾值時(shí)，自由電子密度成指數(shù)速率增長(zhǎng)；當(dāng)電子達(dá)到一定濃度時(shí)就可以形成等離子體，由于等離子體具有很大的光吸收系數(shù)，使腔體進(jìn)一步吸收激光能量，進(jìn)而發(fā)生爆炸式膨脹，該過(guò)程便被稱為液體中的光擊穿．近年來(lái)，隨著光擊穿效應(yīng)在眼科激光手術(shù)中的應(yīng)用［1］，人們對(duì)液體中的光擊穿效應(yīng)也越來(lái)越關(guān)注，尤其是短脈沖激光器（如飛秒激光器）的誕生，進(jìn)一步激起了人們對(duì)激光與液體相互作用的研究熱情［2－5］．本文從自由電子密度速率方程出發(fā)，通過(guò)等離子體橢球模型，借助中子擴(kuò)散方程，推導(dǎo)出液體中電子擴(kuò)散速率的表達(dá)式，進(jìn)而得出水的擊穿閾值，并將理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較和分析，結(jié)果表明等離子體橢球模型更符合實(shí)際情況．等離子體橢球模型的建立為光擊穿效應(yīng)應(yīng)用于眼內(nèi)介質(zhì)、含水介質(zhì)或其他含水生物組織，以及短脈沖激光在眼科激光手術(shù)上的應(yīng)用提供一些理論參考．

1等離子體密度演化的速率方程

為了確定液體中發(fā)生光擊穿的脈沖激光強(qiáng)度閾值，需要計(jì)算出在脈沖激光作用下的自由電子密度演化情況．用來(lái)描述等離子體中自由電子密度演化過(guò)程的速率方程為［6－7］式中dρ／（dt）m為多光子電離產(chǎn)生的電子；ηcascρ為雪崩電離產(chǎn)生的電子，ηcasc為雪崩電離速率；gρ為擴(kuò)散到聚焦區(qū)域以外的電子，g為電子擴(kuò)散損失率；ηrecρ2為電子的復(fù)合損失，ηrec為電子復(fù)合速率．

2等離子體橢球模型的應(yīng)用

2．1等離子體橢球模型當(dāng)高功率脈沖激光聚焦區(qū)域的介質(zhì)被電離產(chǎn)生電子后，該區(qū)域與脈沖激光聚焦區(qū)域外的電子濃度出現(xiàn)差異，進(jìn)而電子發(fā)生擴(kuò)散，這種擴(kuò)散對(duì)激光聚焦區(qū)域較小的液體介質(zhì)的光擊穿影響很大．等離子體橢球模型：當(dāng)脈沖激光束聚焦到液體中，考慮到脈沖激光在聚焦區(qū)域的特征以及液體中光擊穿的實(shí)驗(yàn)情況，可將脈沖激光的聚焦區(qū)域形狀視為橢球．如圖1所示，橢球的半長(zhǎng)軸a，與激光束的能量相關(guān)，半短軸b，與激光束照射區(qū)域相關(guān)．

2．2電子擴(kuò)散速率的計(jì)算根據(jù)量子力學(xué)的基本原理，借助中子擴(kuò)散方程，令等離子體橢球中電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度Λ＝B－1g，其中Bg為橢球的“幾何曲率”，在穩(wěn)態(tài)情況下，Bg是波動(dòng)方程解的最小本征值．式中，s是包括外推長(zhǎng)度在內(nèi)的橢球表面．

2．3擊穿閾值為了確保雪崩電離的啟動(dòng)，焦點(diǎn)區(qū)域Vf內(nèi)至少得有10個(gè)“種子”電子，尤其是在皮秒和飛秒脈沖的情況下．由此可見(jiàn)，焦點(diǎn)區(qū)域的變化對(duì)雪崩電離的啟動(dòng)也會(huì)有相應(yīng)的影響．此時(shí)，電子的雪崩電離速率表達(dá)式為式中：M為液體介質(zhì)的分子質(zhì)量，ω為角頻率，Vf＝4／3πa2b為橢球體的體積．利用式（16），將不同的光強(qiáng)值Imax代入式（1）中求解，直到數(shù)值解出的最大自由電子密度ρmax等于光擊穿的臨界電子密度ρcr（2×1021cm－3）［8，12］，此時(shí)的光強(qiáng)值Imax就是所要求的擊穿閾值光強(qiáng)．

3結(jié)果與比較

利用上述公式，使用不同波長(zhǎng)、脈寬、焦點(diǎn)半徑的激光脈沖，計(jì)算出水的擊穿閾值，并將計(jì)算的結(jié)果與已知的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［8－10］和其他模型進(jìn)行比較，如表1所示．通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)等離子體橢球模型得出的擊穿閾值更接近于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。