等离子是物质被加热至气体、液体或固体之外的第四种状态。在等离子状态下,原子或分子失去或获得电子,形成带正电荷的离子和带负电荷的自由电子,是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。
等离子体(plasma)又叫做电浆,尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体,其运动主要受电磁力支配,并表现出显著的集体行为。它广泛存在于宇宙中,占全宇宙物质总量的99%,是除去固、液、气外,物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、医疗卫生、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。
等离子体技术实际上已经与我们的生活息息相关,从早期的等离子体显示技术、等离子体电视机,到等离子体焊接技术,再到等离子体手术刀都算得上大家耳熟能详的产品。而等离子体消毒技术也随着科技的发展应运而生。
等离子体消毒技术主要应用于空气消毒及食品加工行业,由于早期等离子体生成技术的不足,这项技术的实际应用一直以来都处于不成熟的阶段,直到低温等离子体消毒技术(Cold plasma )的出现,才逐渐推动这项技术常规化和产品化。
低温等离子体空气消毒技术是利用辉光放电原理对空气中的相关介质进行充能激励,产生光电子、离子和活性自由基团与微生物表面接触导致细胞破坏从而达到杀灭有害微生物的目的。早期的低温等离子体只有在低于大气压条件下才可以调控产生,随着等离子物理和工程学的深入研究使得低温等离子体可以在大气压条件下产生,这才使低温等离子体具有很好的商业开发价值。而目前市场上常见的等离子体消毒设备主要就是使用了低温等离子体消毒技术。
根据温度的不同,等离子可以分为低温等离子和高温等离子两种类型,它们在性质和应用上存在显著的差异,具体如下:
低温等离子:通常指处于几百摄氏度至一千摄氏度之间的等离子。在低温等离子体中,电子温度通常比离子温度高,这是因为电子质量远小于离子质量,使得电子更容易获得高速。
高温等离子:通常指温度在一万摄氏度以上的等离子。这种等离子状态中,重粒子和电子的温度都很高,而且几乎相等。
低温等离子:一般在气体放电过程中产生,例如在气体放电灯、等离子体显示器中都可以观察到。常见的产生方法包括辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电等。
高温等离子:在自然界中广泛存在,例如太阳、恒星等都存在着高温等离子。在地球上,高温等离子可以通过强电磁场、激光等方式制备,一般需要大型装置,如托卡马克。
低温等离子:
激光技术:通过产生低温等离子可以提高切割效率,并减少能量损耗。
材料加工:在材料处理、改性等方面有广泛应用。
环境保护:利用低温等离子技术可以去除废气中的有害物质,净化空气。
医疗领域:如外科等离子消融术,能避免对正常组织的损伤,并且大大减轻病人的痛苦和缩短康复周期。此外,低温等离子还可以用于皮肤等组织的杀菌作用,以及皮肤病变的治疗等。
高温等离子:
核聚变:高温等离子具有很高的能量密度,可以用于核聚变等高能物理实验。
等离子刻蚀:在半导体制造等领域有重要应用。
低温等离子:能量密度相对较低,因为其温度较低。
高温等离子:
通常具有很高的能量密度,因为其温度更高。
综上所述,低温等离子和高温等离子在温度、产生方式、应用领域和能量密度等方面存在显著差异。这些差异使得它们在不同领域具有各自独特的应用价值。