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展及應用，使在生物醫學、功能材料制備及污染物處理等方面呈現出廣闊的應用前景。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境有特殊要求的應用需求。基于此，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

微波等離子體的產生原理是利用波導裝置將微波能量注入氣體分子，誘發氣體分子產生激發、電離等一系列反應，進而產生高反應活性的等離子體，微波電磁場“空洞結構”的特征能夠將激勵電離產生的等離子體限定在特定的空間內同時實現對等離子體的傳輸。微波能量激勵電子產生的途徑依據不同氣壓條件大致可分兩種:在氣體壓力較大時，微波能量主要轉化為電子熱運動能量，誘發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計加熱效應的方式將能量傳遞給電子。除此之外，當等離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)條件下利用穩定電磁場激勵電子產生共振作用，進而持續激勵周圍氣體產生等離子體，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域內部，只能在沿著等離子體表面傳輸過程中激發高密度的等離子體;與電子回旋共振微波等離子體所需的穩定磁場不同，諧振腔式微波等離子體的產生是依靠微波在諧振腔內形成的高強變電場直接激勵氣體產生等離子體，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較大的應用優勢。

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域內激發輝光放電的過程，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，使得設備運行穩定且沉積薄膜質量較高，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、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產生高密度、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、穩定的技術優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出較大的潛在價值，但在實際工業化應用過程中仍面臨著微波源昂貴、運行成本高等問題