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  • 低溫等離子體介紹,高能離子除臭設備

    發布時間:2015-11-25 10:31:00 點擊:

    除臭設備訊  等離子體是物質存在的第四種狀態。它由電離的導電氣體組成,其中包括六種典型的粒子,即電子、正離子、負離子、激發態的原子或分子、基態的原子或分子以及光子。

    事實上等離子體就是由上述大量正負帶電粒子和中性粒子組成的,並表現出集體行為的一種準中性氣體,也就是高度電離的氣體。無論是部分電離還是完全電離,其中的負電荷總數等於正電荷總數,所以叫等離子體。

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    等離子體的分類


    1、按等離子體焰溫度分:

    (1)高溫等離子體:溫度相當於108~109 K完全電離的等離子體,如太陽、受控熱核聚變等離子體。

    (2)低溫等離子體:

    熱等離子體:稠密高壓(1大氣壓以上),溫度103~105K,如電弧、高頻和燃燒等離子體。

    冷等離子體:電子溫度高(103~104K)、氣體溫度低,如稀薄低壓輝光放電等離子體、電暈放電等離子體、DBD介質阻擋放電等離子體、索梯放電等離子體等。

    2、按等離子體所處的狀態:

    (1)平衡等離子體:氣體壓力較高,電子溫度與氣體溫度大致相等的等離子體。如常壓下的電弧放電等離子體和高頻感應等離子體。

    (2)非平衡等離子體:低氣壓下或常壓下,電子溫度遠遠大於氣體溫度的等離子體。如低氣壓下DC輝光放電和高頻感應輝光放電,大氣壓下DBD介質阻擋放電等產生的冷等離子體。


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    什麽是低溫(冷)等離子體?

     


    冰升溫至0℃會變成水,如繼續使溫度升至100℃,那麽水就會沸騰成為水蒸氣。隨著溫度的上升,物質的存在狀態一般會呈現出固態→液態→氣態三種物態的轉化過程,免费可以看污的长视频把這三種基本形態稱為物質的三態。那麽對於氣態物質,溫度升至幾千度時,將會有什麽新變化呢? 由於物質分子熱運動加劇,相互間的碰撞就會使氣體分子產生電離,這樣物質就變成由自由運動並相互作用的正離子和電子組成的混合物(蠟燭的火焰就處於這種狀態)。免费可以看污的长视频把物質的這種存在狀態稱為物質的第四態,即等離子體態(plasma)。因為電離過程中正離子和電子總是成對出現,所以等離子體中正離子和電子的總數大致相等,總體來看為準電中性。反過來,免费可以看污的长视频可以把等離子體定義為:正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。

    從剛才提到的微弱的蠟燭火焰,免费可以看污的长视频可以看到等離子體的存在,而夜空中的滿天星鬥又都是高溫的完全電離等離子體。據印度天體物理學家沙哈(M·Saha,1893-1956)的計算,宇宙中的99.9%的物質處於等離子體狀態。而免费可以看污的视频居住的地球倒是例外的溫度較低的星球。此外,對於自然界中的等離子體,免费可以看污的视频還可以列舉太陽、電離層、極光、雷電等。在人工生成等離子體的方法中,氣體放電法比加熱的辦法更加簡便高效,諸如熒光燈、霓虹燈、電弧焊、電暈放電等等。在自然和人工生成的各種主要類型的等離子體的密度和溫度的數值,其密度為106(單位:個/m3)的稀薄星際等離子體到密度為1025的電弧放電等離子體,跨越近20個數量級。其溫度分布範圍則從100K的低溫到超高溫核聚變等離子體的108-109K(1~10億度)。 溫度軸的單位eV(electron volt)是等離子體領域中常用的溫度單位,1eV=11600K。

    通常,等離子體中存在電子、正離子和中性粒子(包括不帶電荷的粒子如原子或分子以及原子團)等三種粒子。設它們的密度分別為ne,ni,nn,由於準電中性,所以電離前氣體分子密度為ne≈nn。於是,免费可以看污的长视频定義電離度β=ne/(ne+nn),以此來衡量等離子體的電離程度。日冕、核聚變中的高溫等離子體的電離度都是100%,像這樣β=1的等離子體稱為完全電離等離子體。電離度大於1%(β≥10-2)的稱為強電離等離子體,像火焰中的等離子體大部分是中性粒子(β<10-3 ),稱之為弱電離等離子體。

    若放電是在接近於大氣壓的高氣壓條件下進行,那麽電子、離子、中性粒子會通過激烈碰撞而充分交換動能,從而使等離子體達到熱平衡狀態。若電子、離子、中性粒子的溫度分別為了Te,Ti,Tn,免费可以看污的视频把這三種粒子的溫度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的熱平衡等離子體稱為熱等離子體(thermal plasma),在實際的熱等離子體發生裝置中,陰極和陽極間的電弧放電作用使得流入的工作氣體發生電離,輸出的等離子體呈噴射狀,可稱為等離子體炬(plasma jet)或等離子體噴焰(plasma torch)等。

    另一方麵,數百帕以下的低氣壓等離子體常常處於非熱平衡狀態。此時,電子在與離子或中性粒子的碰撞過程中幾乎不損失能量,所以有Te>>Ti , Te>>Tn。免费的看污片丝瓜视频把這樣的等離子體稱為低溫等離子體(cold plasma)。當然,即使是在高氣壓下,低溫等離子體也可以通過不產生熱效應的短脈衝放電模式如電暈放電(corona discharge)、介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD)或滑動電弧放電(Glide Arc Discharge or Plasma Arc)來生成。大氣壓下的輝光放電技術目前也已成為世界各國的研究熱點。可產生大氣壓非平衡態等離子體的機理尚不清楚,在高氣壓下等離子體的輸運特性的研究也剛剛起步,現已形成新的研究熱點。

     

     

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    低溫等離子體的產生方法

     


    電暈放電 介質阻擋放電


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    電暈放電(Corona Discharge)

     


    氣體介質在不均勻電場中的局部自持放電。是最常見的一種氣體放電形式。在曲率半徑很大的尖端電極附近,由於局部電場強度超過氣體的電離場強,使氣體發生電離和激勵,因而出現電暈放電。發生電暈時在電極周圍可以看到光亮,並伴有噝噝聲。電暈放電可以是相對穩定的放電形式,也可以是不均勻電場間隙擊穿過程中的早期發展階段。

      電暈放電的形成機製因尖端電極的極性不同而有區別,這主要是由於電暈放電時空間電荷的積累和分布狀況不同所造成的。在直流電壓作用下,負極性電暈或正極性電暈均在尖端電極附近聚集起空間電荷。在負極性電暈中,當電子引起碰撞電離後,電子被驅往遠離尖端電極的空間,並形成負離子,在靠近電極表麵則聚集起正離子。電場繼續加強時,正離子被吸進電極,此時出現一脈衝電暈電流,負離子則擴散到間隙空間。此後又重複開始下一個電離及帶電粒子運動過程。如此循環,以致出現許多脈衝形式的電暈電流,電暈放電可以在大氣壓下工作,但需要足夠高的電壓以增加電暈部位的電場。一般在高壓和強電場的工作條件下,不容易獲得穩定的電暈放電,亦容易產生局部的電弧放電(arc)。為提高穩定性可將反應器做成非對稱(asymmetric)的電極形式(如下圖所示)。電暈放電反應器的設計主要參考電源的性質而有所不同,有直流電暈放電(DC corona)和脈衝式(pulsed corona)電暈放電。利用電暈放電可以進行靜電除塵、汙水處理、空氣淨化等。地麵上的樹木等尖端物體在大地電場作用下的電暈放電是參與大氣電平衡的重要環節。海洋表麵濺射水滴上出現的電暈放電可促進海洋中有機物的生成,還可能是地球遠古大氣中生物前合成氨基酸的有效放電形式之一。針對不同應用目的研究,電暈放電是具有重要意義的技術課題。


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    介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD)

     


    介質阻擋放電(DBD)是有絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電又稱介質阻擋電暈放電或無聲放電。介質阻擋放電能夠在高氣壓和很寬的頻率範圍內工作,通常的工作氣壓為104~106。電源頻率可從50Hz至1MHz。電極結構的設計形式多種多樣。在兩個放電電極之間充滿某種工作氣體,並將其中一個或兩個電極用絕緣介質覆蓋,也可以將介質直接懸掛在放電空間或采用顆粒狀的介質填充其中,當兩電極間施加足夠高的交流電壓時,電極間的氣體會被擊穿而產生放電,即產生了介質阻擋放電。在實際應用中,管線式的電極結構被廣泛的應用於各種化學反應器中,而平板式電極結構則被廣泛的應用於工業中的高分子和金屬薄膜及板材的改性、接枝、表麵張力的提高、清洗和親水改性中。

    介質阻擋放電通常是由正弦波型(sinusoidal)的交流(alternating current, AC)高壓電源驅動,隨著供給電壓的升高,係統中反應氣體的狀態會經曆三個階段的變化,即會由絕緣狀態(insulation)逐漸至擊穿(breakdown)最後發生放電。當供給的電壓比較低時,雖然有些氣體會有一些電離和遊離擴散,但因含量太少電流太小,不足以使反應區內的氣體出現等離子體反應,此時的電流為零。隨著供給電壓的逐漸提高,反應區域中的電子也隨之增加,但未達到反應氣體的擊穿電壓(breakdown voltage; avalanche voltage)時,兩電極間的電場比較低無法提供電子足夠的能量使氣體分子進行非彈性碰撞,缺乏非彈性碰撞的結果導致電子數不能大量增加,因此,反應氣體仍然為絕緣狀態,無法產生放電,此時的電流隨著電極施加的電壓提高而略有增加,但幾乎為零。若繼續提高供給電壓,當兩電極間的電場大到足夠使氣體分子進行非彈性碰撞時,氣體將因為離子化的非彈性碰撞而大量增加,當空間中的電子密度高於一臨界值時及帕邢(Paschen)擊穿電壓時,便產生許多微放電絲(microdischarge)導通在兩極之間,同時係統中可明顯觀察到發光(luminous)的現象此時,電流會隨著施加的電壓提高而迅速增加。

    在介質阻擋放電中,當擊穿電壓超過帕邢(Paschen)擊穿電壓時,大量隨機分布的微放電就會出現在間隙中,這種放電的外觀特征遠看貌似低氣壓下的輝光放電,發出接近蘭色的光。近看,則由大量呈現細絲狀的細微快脈衝放電構成。隻要電極間的氣隙均勻,則放電是均勻、漫散和穩定的。這些微放電是由大量快脈衝電流細絲組成,而每個電流細絲在放電空間和時間上都是無規則分布的,放電通道基本為圓柱狀,其半徑約為0.1~0.3mm,放電持續時間極短,約為10~100ns,但電流密度卻可高達0.1~1kA/cm2,每個電流細絲就是一個微放電,在介質表麵上擴散成表麵放電,並呈現為明亮的斑點。這些宏觀特征會隨著電極間所加的功率、頻率和介質的不同而有所改變。如用雙介質並施加足夠的功率時,電暈放電會表現出“無絲狀”、均勻的蘭色放電,看上去像輝光放電但卻不是輝光放電。這種宏觀效應可通過透明電極或電極間的氣隙直接在實驗中觀察到。當然,不同的氣體環境其放電的顏色是不同的。

    雖然介質阻擋放電已被開發和廣泛的應用,可對它的理論研究還隻是近20年來的事,而且僅限於對微放電或對整個放電過程某個局部進行較為詳盡的討論,並沒有一種能夠適用於各種情況DBD的理論。其原因在於各種DBD的工作條件大不相同,且放電過程中既有物理過程,又有化學過程,相互影響,從最終結果很難斷定中間發生的具體過程。

    由於DBD在產生的放電過程中會產生大量的自由基和準分子,如OH、O、NO等,它們的化學性質非常活躍,很容易和其它原子、分子或其它自由基發生反應而形成穩定的原子或分子。因而可利用這些自由基的特性來處理VOCs,在環保方麵也有很重要的價值。另外,利用DBD可製成準分子輻射光源,它們能發射窄帶輻射,其波長覆蓋紅外、紫外和可見光等光譜區,且不產生輻射的自吸收,它是一種高效率、高強度的單色光源。在DBD電極結構中,采用管線式的電極結構還可製成臭氧O3發生器。現在人們已越來越重視對DBD的研究與應用。