微波等離子體技術(shù)及應(yīng)用

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-06-01

隨著科技的進(jìn)步、低溫等離子體技術(shù)的迅速發(fā)展及應(yīng)用，使在生物醫(yī)學(xué)、功能材料制備及污染物處理等方面呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。微波等離子體作為一種典型的低溫等離子體技術(shù)，其高電離度能夠提供高能量注入效率，同時(shí)無極放電的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠很好滿足一些對(duì)工作環(huán)境有特殊要求的應(yīng)用需求?；诖?，微波等離子體逐漸成為低溫等離子體技術(shù)的研究熱點(diǎn)。目前關(guān)于微波等離子體的研究主要分為微波等離子體發(fā)生和應(yīng)用研究兩大類，其中前者主要包括微波等離子體裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)和微波等離子體特性表征，后者則以微波等離子體技術(shù)在發(fā)射光譜光源、薄膜沉積及凈化廢氣等方面的應(yīng)用研究為主。

微波等離子體技術(shù)及原理

微波等離子體的產(chǎn)生原理是利用波導(dǎo)裝置將微波能量注入氣體分子，誘發(fā)氣體分子產(chǎn)生激發(fā)、電離等一系列反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生高反應(yīng)活性的等離子體，微波電磁場(chǎng)“空洞結(jié)構(gòu)”的特征能夠?qū)⒓?lì)電離產(chǎn)生的等離子體限定在特定的空間內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體的傳輸。微波能量激勵(lì)電子產(chǎn)生的途徑依據(jù)不同氣壓條件大致可分兩種:在氣體壓力較大時(shí)，微波能量主要轉(zhuǎn)化為電子熱運(yùn)動(dòng)能量，誘發(fā)電子和氣體分子的碰撞電離;當(dāng)氣體壓力較小時(shí)，電子與氣體分子的碰撞運(yùn)動(dòng)可以忽略，此時(shí)的微波能量則通過統(tǒng)計(jì)加熱效應(yīng)的方式將能量傳遞給電子。除此之外，當(dāng)?shù)入x子體頻率和微波頻率相同時(shí)，微波能量則可以通過朗道衰減(等離子體中電子速度與電磁波的相速度相等，一部分共振電子由于持續(xù)被微波電場(chǎng)進(jìn)行“直流式”加速，從而奪取波動(dòng)能量的過程)的方式轉(zhuǎn)化為電子能量。

微波等離子體技術(shù)及應(yīng)用

微波等離子體技術(shù)高電離度、放電區(qū)域集中及無極放電的特性，在表面刻蝕、材料制備等方面具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。典型的微波等離子體技術(shù)有電子回旋共振微波等離子體、表面波等離子和諧振腔微波等離子體。其中電子回旋共振等離子體為低氣壓(10－2～10Pa)條件下利用穩(wěn)定電磁場(chǎng)激勵(lì)電子產(chǎn)生共振作用，進(jìn)而持續(xù)激勵(lì)周圍氣體產(chǎn)生等離子體，其特點(diǎn)是等離子體密度及電離度較高，且裝置簡單易控;表面波等離子體工作氣壓條件通常為2～200Pa，其典型特點(diǎn)是微波無法進(jìn)入等離子體區(qū)域內(nèi)部，只能在沿著等離子體表面?zhèn)鬏斶^程中激發(fā)高密度的等離子體;與電子回旋共振微波等離子體所需的穩(wěn)定磁場(chǎng)不同，諧振腔式微波等離子體的產(chǎn)生是依靠微波在諧振腔內(nèi)形成的高強(qiáng)變電場(chǎng)直接激勵(lì)氣體產(chǎn)生等離子體，其工作電壓范圍常維持在幾千至幾萬帕范圍。下面介紹微波等離子體技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀。

微波等離子體應(yīng)用于元素檢測(cè)
微波等離子體技術(shù)應(yīng)用于元素檢測(cè)的研究范圍較廣，微波等離子體發(fā)射光譜法以其靈敏度高、線性范圍寬、多元素分析和高精確度的特點(diǎn)，在微量元素、痕量元素及重金屬元素檢測(cè)方面呈現(xiàn)較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

微波等離子體應(yīng)用于材料沉積
微波等離子體化學(xué)氣相沉積是基于微波在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)激發(fā)輝光放電的過程，裝置無極放電特點(diǎn)很好地避免了材料沉積過程中電極污染的問題，使得設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定且沉積薄膜質(zhì)量較高，備受廣大學(xué)者關(guān)注。

微波等離子體處理廢氣
微波等離子體應(yīng)用于有機(jī)廢氣處理是基于微波等離子體高電離度、高反應(yīng)活性的特點(diǎn)，對(duì)污染物分子進(jìn)行有效的降解，最終達(dá)到廢氣凈化的目的。

微波等離子體技術(shù)的其他應(yīng)用
除前述微波等離子體的應(yīng)用研究外，關(guān)于微波等離子體的研究還涉及到等離子體炬裝置研發(fā)、輔助燃燒及金屬表面清洗等方面。

微波放電等離子體作為一種能夠在一定氣壓范圍內(nèi)產(chǎn)生高密度、高活性、高電離度的低溫等離子體技術(shù)，近年來一直是氣體放電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。關(guān)于微波等離子體研究主要分為微波等離子體的發(fā)生及應(yīng)用研究兩大類。

目前，關(guān)于微波等離子技術(shù)的應(yīng)用研究較為廣泛的主要有元素檢測(cè)、薄膜沉積及廢氣處理，以微波等離子體高效、穩(wěn)定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在這些應(yīng)用領(lǐng)域取得較高的測(cè)量精度和較好的處理效果;此外微波等離子體技術(shù)還在金屬表面清洗、輔助燃燒等方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。微波等離子體技術(shù)在不同的應(yīng)用研究領(lǐng)域均呈現(xiàn)出較大的潛在價(jià)值，但在實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用過程中仍面臨著微波源昂貴、運(yùn)行成本高等問題