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氧等離子體


等離子體就是原子電離后形成的正負(fù)電荷相等,但處于分離的狀態(tài)。它既不是固體,也不是液體,更不是氣體,是物質(zhì)的第四種狀態(tài)。宇宙中大部分物質(zhì)是等離子體,例如太陽(yáng)就是一個(gè)高溫等離子體的球。在日常生活中,火焰就是最常見(jiàn)的等離子體,閃電和日光燈管也是等離子體。

在氧等離子處理中,最重要的作用組分無(wú)疑是氧氣。氧氣廣泛存在于空氣中,在等離子處理過(guò)程中很難完全排除其影響。同時(shí),在某些需要氧等離子體處理的條件中,還會(huì)額外通入氧氣,控制放電空間的活性粒子組分。

由于氧分子與氧原子的電負(fù)性都很強(qiáng),在反應(yīng)區(qū)域含有氧氣時(shí),除了對(duì)材料表面產(chǎn)生特定的處理效果外,還會(huì)對(duì)放電區(qū)域的放電特性產(chǎn)生影響。在氧等離子體中,氧氣首先發(fā)生解離,基態(tài)的氧氣分子由于電子碰撞受到激發(fā),反應(yīng)過(guò)程如下:
O2(X3u-)+e→O2(A3u+)+e
O2(A3u+)+e→O(3P)+O(2P)+e
O2(X3u-)+e→O2(B3u-)+e
O2(B3u-)+e→O(3P)+O(1D)+e

在發(fā)生解離之后,再次與電子發(fā)生碰撞會(huì)產(chǎn)生氧負(fù)離子,同時(shí)也會(huì)結(jié)合產(chǎn)生臭氧:
O2+e→O2-
O2+e→O+O-
O2(A3u+)+O2→O+O3
O2++O2-→O+O3

氧等離子體處理能夠氧化所處理材料的表面,與所處理材料表面部分結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì),隨氣流帶離反應(yīng)區(qū)域,這種灰化反應(yīng)對(duì)一些特定的材料。例如通過(guò)氧氣清潔物體表面的有機(jī)物,產(chǎn)生氧化反應(yīng),氧等離子體和污染物產(chǎn)生二氧化碳、氧化碳和水。

氧等離子體成份對(duì)表面的刻蝕作用也常被認(rèn)為是反應(yīng)中造成材料表面形貌變化的原因之一。

一般使用高頻電場(chǎng)產(chǎn)生的氧等離子體含有正、負(fù)離子電子和中性粒子,同時(shí)伴隨著各種粒子的形成與中和,產(chǎn)生發(fā)光躍遷并向外輻射光子,表一列出了高頻激發(fā)的氧等離了體各組分電離成分密度。
高頻氧等離子體電離各組份密度
活性基團(tuán) 粒子種類(lèi) 密度
離子 O+ 7*1011
O2+ 5*1013
O- 5*1013
O2- 5*1012
電子 e 1011
中性粒子 O(3P) ~1015
O2(1△g) ~1015

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