微波等離子體技術及應用

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

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

微波等離子體技術及原理

微波等離子體的產(chǎn)生原理是利用波導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，進而產(chǎn)生高反應活性的等離子體，微波電磁場“空洞結構”的特征能夠?qū)⒓铍婋x產(chǎn)生的等離子體限定在特定的空間內(nèi)同時實現(xiàn)對等離子體的傳輸。微波能量激勵電子產(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，微波能量主要轉(zhuǎn)化為電子熱運動能量，誘發(fā)電子和氣體分子的碰撞電離;當氣體壓力較小時，電子與氣體分子的碰撞運動可以忽略，此時的微波能量則通過統(tǒng)計加熱效應的方式將能量傳遞給電子。除此之外，當?shù)入x子體頻率和微波頻率相同時，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)被微波電場進行“直流式”加速，從而奪取波動能量的過程)的方式轉(zhuǎn)化為電子能量。

微波等離子體技術及應用

微波等離子體技術高電離度、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用優(yōu)勢。典型的微波等離子體技術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)定電磁場激勵電子產(chǎn)生共振作用，進而持續(xù)激勵周圍氣體產(chǎn)生等離子體，其特點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，其典型特點是微波無法進入等離子體區(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)形成的高強變電場直接激勵氣體產(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的應用研究現(xiàn)狀。

微波等離子體應用于元素檢測
微波等離子體技術應用于元素檢測的研究范圍較廣，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，在微量元素、痕量元素及重金屬元素檢測方面呈現(xiàn)較大的應用優(yōu)勢。

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

微波等離子體處理廢氣
微波等離子體應用于有機廢氣處理是基于微波等離子體高電離度、高反應活性的特點，對污染物分子進行有效的降解，最終達到廢氣凈化的目的。

微波等離子體技術的其他應用
除前述微波等離子體的應用研究外，關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，近年來一直是氣體放電領域的研究熱點。關于微波等離子體研究主要分為微波等離子體的發(fā)生及應用研究兩大類。

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