等离子清洁去污原理

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-08-22

等离子体作为物质的第四态，与其他三态物质不仅在物理状态上有所不同，在基本性质上也有着根本的不同。如图（1）所示，是以水例，物质形态不断变化的过程示意图。由于外界不断辐射的能量，冰被加热，从固体融化为液体，液体再蒸发成气体，气体再电离，最后变成等离子体。从宏观上来看，等离子体是一团呈电中性的高活性气体。微观上看，等离子体是由大量的电子、正负离子、高活性分子及原子等粒子组成。

图 1-1 物质形态变化的示意图

等离子清洁去污包含着物理轰击与化学反应双重作用过程，通过化学或物理作用对工件表面进行处理，可以实现分子水平的污染物去除，从而提高工件表面活性。

等离子清洁去污原理可以总结为下列几个方面:

（1）激发作用
在电场中获得能量的电子，通过碰撞将带有的能量传递给污染物气体中的分子或者原子，这些粒子获得能量后会处于激发态，同时伴随着分子或者原子的物理活性和化学活性的提高。反应式如下：
e+A→e+A*
e+A₂→e+A₂*
e+AB→e+AB*

（2）附着作用
等离子体中的高能电子在电场的作用下，高速碰撞污染物的分子，将会使污染物分子最外层的电子分离出去，分子发生电离，形成一个正离子和一个电子。在电场的作用下，离子向电极移动的移动过程中会与其他颗粒聚集，最后发生沉降。而分离出去的电子则又会去碰撞别的分子。反应方程式如下：
e+AB→A⁺+B
e+A2→e+A⁺+A^-
e+AB→e+A⁺+B^-

（3）化学键破坏作用
在一般放电情况下，低温等离子体中电子能量大约在1~10eV。而大部分污染物分子结构中的化学键键能不超过10eV，低温等离子体中的高能电子会撞击污染物分子，使分子裂解成自由基。例如有机物污染物苯中的C-H键键能为4.9eV，当等离子体中电子的能量足够高时，苯稳定的化学环状结构会在电子的撞击下被破坏，分解成两个或者多个高活性粒子。表1-1给出了一些化学键键能大小。

表 1-1 化学键键能

（4）化学作用
等离子体中的强氧化性物质和高能活性基团，例如O₃、OH、O、N等，会与污染物或者污染物分解的活性粒子基团发生一系列链式反应，将污染物氧化成水、二氧化碳、及其其他绿色产物。例如有机污染物会与等离子体中其他的活性基团反应生成水和二氧化碳。反应式如下：
O₂＋e^－→2O※+e^－
O※＋有机物→CO₂+H₂O

由于等离子体可以在常压和常温条件下产生，不需要借助任何化学试剂或特殊环境条件,且等离子体处理过程中会生成大量的活性反应物，这些活性物质可以与材料表面的污染物发生反应，将材料表面的物质转变为气态去除，因此，等离子清洁被认为是一种快速廉价的去污方法，已被广泛应用于材料的表面去污。

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