等离子体物理精选(九篇)
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第1篇：等离子体物理范文
性物质成分一致，但激发态Ar原子的群峰总体上表现为介质阻挡放电装置是辉光放电装置的2倍。结论 介质阻挡放电装置产生的低温等离子体杀灭根管内粪肠球菌生物膜更具优势。
[关键词] 低温等离子体； 粪肠球菌； 生物膜； 根管； 杀菌
[中图分类号] R 780.2 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.02.020
细菌感染是顽固性根尖周炎和根管治疗失败最常见的因素，其中最常分离的菌株是粪肠球菌[1]。粪
肠球菌可以通过其分泌的蛋白酶（丝氨酸蛋白酶、白明胶酶、胶原结合蛋白）的作用来黏附在根管表面并进入牙本质小管内，从而更加耐受临床上常规的治疗手段[2]。氢氧化钙作为常规根管封药效果确定，但粪肠球菌在这种碱性药物环境中仍然可以顽强生存[3]。另外由于根管系统自身结构的复杂性，残存于侧支根管、副根管中的粪肠球菌难以被常规根管治疗中的机械和化学方法彻底清除。近年来，大气压低温等离子体在医学中的应用越来越广泛，如快速凝血[4]、基因转染[5]、牙齿美白[6]、杀菌[7]、诱导肿瘤细胞凋亡[8]等。研究显示其对于根管内的细菌感染也有确
定作用，但多局限于根管内游离菌或模拟根管内生物膜的研究[9-10]。对于不同发生装置的低温等离子体
根管杀菌效果少有研究。
大气压低温等离子体的发生装置及原理有4种，常用的为介质阻挡放电和辉光放电。介质阻挡放电是将绝缘介质插入放电空间的一种气体中放电，介质可以覆盖在电极上或悬挂在放电空间里，当在电极上施加足够高的交流电压时，即使在大气压下电极间的气体也会被击穿而产生放电。辉光放电是在两电极之间直接激发气体放电。辉光放电的电学特征为单脉冲，而介质阻挡放电则为大量细微的快脉冲放电通道所构成的放电。本研究使用这两种不同的装置，分别对离体牙根管内的粪肠球菌生物膜进行处理，观察其杀菌效果及与时间因素的关系，并对相关机制进行初步探索。
1 材料和方法
1.1 粪肠球菌的培养
粪肠球菌菌种（ATCC29212）保存于-80 ℃冰箱，使用接种环挑取菌液进行划线培养。36 h后挑取单克隆，于1 mL培养基中37 ℃静置24 h，使得细菌浓度达到每毫升1.0×107个菌落形成单位（colony forming
unit，CFU）。
1.2 离体牙预备
选取根尖发育完善、根面完整的单根管离体牙共120颗，自釉牙骨质界下截除牙冠部分，保证从根尖至断面的距离为10 mm。拔髓针拔除牙髓，15号锉通畅根管到解剖根尖孔，确定工作长度（自解剖
根尖孔至牙根断面的长度减去0.5 mm），使用15～40号手用镍钛锉（Mani公司，日本）按逐步后退法进行根管预备，预备过程中每更换1次器械均用5.25%次氯酸钠（NaClO）2 mL冲洗根管；预备结束后17%乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）浸泡根管2 min，超声振荡；最后5.25%NaClO浸泡根管2 min，超声振荡。Clearfill AP-X光固化树脂（Ku-
raray公司，日本）封闭根尖孔。所有样本高温高压灭菌（121 ℃，20 min）后放入无菌生理盐水中4 ℃冰箱储存备用。
1.3 根管内粪肠球菌生物膜的培养
将预备好的牙根样本放入含有1 mL新鲜脑心浸液肉汤（brain heart infusion broth，BHI）培养基的EP管中，然后加入100 μL含有1.0×107 CFU·mL-1粪肠球菌的菌液，37 ℃厌氧培养，48 h换1 mL新鲜的培养基，共培养7 d。
1.4 大气压低温等离子体装置处理离体牙根管
将培养7 d的含有粪肠球菌生物膜的120颗离体牙样本随机分为12个组，每组10颗。其中，10组分别接受介质阻挡放电和辉光放电这两种大气压低温等离子体装置处理离体牙根管，每种装置各处理5组，每组处理时间分别为2、4、6、8、10 min；另外2组为两种不同装置的单纯气体对照组。
介质阻挡放电和辉光放电装置处理离体牙根管的方式见图1。图1左为介质阻挡放电装置的示意图，该装置包括一个特氟龙管以及在特氟龙管外面包绕的铜箔。该铜箔作为一个单电极，被连接到一个带有18 kV峰值电压、10 kHz正旋曲线的电源上。特氟龙管外径10 mm，内径7 mm，尖端出口处直径逐渐降到1.5 mm。使用流速为5 L·min-1的98%Ar和2%O2的混合气体通过特氟龙管。等离子体装置的功率为32 W，在特氟龙管尖端产生持续的等离子体，其暴露在空气中的长度为5 cm。在进行根管生物膜处理时，根管口距离等离子体发出口为5 mm，等离子体在根管口附近的温度为25～31 ℃。图1右为辉光放电装置示意图。该装置包含作为电极的两层铜管，这两个铜管由一层约0.5 mm厚的绝缘介质分开。等离子体射流端口的直径为0.6 mm。98%Ar和2%O2同样作为等离子体的发生气源，气体流速为5 L·min-1。该低温等离子体发生装置的维持电压为500 V，电流为30 mA，功率为15 W。等离子体射流从装置尖端发出的长度为5 mm，等离子体发射的端口距离根管口5 mm，温度为35～40 ℃。
1.5 两种装置对根管内生物膜杀菌效果的比较
大气压低温等离子体装置处理后，向离体牙根管中注入15 μL超纯水，插入光滑髓针搅拌1 min，取出光滑髓针，向根管中插入两个15号的无菌纸尖，将根管内的菌液吸出后将纸尖放入1 mL超纯水中。上述过程重复3遍，振荡1 min，取100 μL菌液进行10倍稀释涂板，37 ℃培养24 h。采用CFU计数法比较两种装置对根管内生物膜的杀菌效果[11]。
1.6 两种装置在平板上的杀菌范围的比较
挑取金黄色葡萄球菌（CGMCC1.2465）单菌落于20 mL溶菌肉汤培养基（Luria-Bertani，LB）中，振荡
器振荡，速度为180 r·min-1，培养18 h，取100 μL菌液放入20 mL新鲜培养基中振荡，速度为220 r·min-1，活化1.5 h，使细菌浓度为1.0×104 CFU·mL-1。分别取100 μL菌液涂布于20个LB培养板，然后使用两种装置处理，每种装置处理10个平板。装置等离子体发射口到培养板的距离为1 cm，活动范围为2 cm×2 cm，处理时间为1 min。过夜培养（37 ℃，12 h），观察金黄色葡萄球菌菌落生长情况。
1.7 光谱测量仪分析两种装置的等离子体活性成分
用多通道发射光谱测量仪（optical emission spec-troscopy，OES）（AvaSpec-2048-8-USB2型，Avantes公司，荷兰）标定低温等离子体中产生的活性成分。仪器的输出功率为24 W，工作温度为60 ℃。测量250～800 nm波长时活性物质的波峰。
1.8 统计分析
采用Origin 8.0软件进行统计分析，使用Games-Howell检验法进行多重比较。
2 结果
2.1 两种装置对根管内生物膜的杀菌效果
两种装置对根管内生物膜的杀菌效果见图2。统计分析表明，两种装置的单纯气体对照组均没有杀菌效果，含有的粪肠球菌均为1.0×107 CFU。两种不同等离子体装置处理粪肠球菌2、4、6、8、10 min后，各时间段二者存活的细菌数量均有统计学差异（P
2.2 两种装置在平板上的杀菌范围
在处理1 min后，两种装置的杀菌范围见图3。与辉光放电装置相比，介质阻挡放电装置对处理区域和未处理区域的杀菌效果都很明显，杀菌范围更广，穿透力更强。这与其对根管内生物膜的杀菌效果一致。
2.3 两种装置的等离子体活性成分
两种装置的等离子体活性成分光谱分析见图4。从图4可见，虽然两种装置的低温等离子体活性物质成分一致，激发态氧原子、羟自由基等活性成分的含量接近，但是激发态Ar原子的群峰总体上表现为介质阻挡放电装置是辉光放电装置的2倍。原子发射光谱大部分都是激发态的Ar，同时还检测到很多活性成分，如OH、O等。
3 讨论
粪肠球菌由于其生理特点[3]，在根管内形成生物
膜后具有更强抵御常用根管治疗药物的能力，所以常见于慢性顽固性根尖周炎和根管治疗失败的病例。如何消除复杂的根管系统内残余的粪肠球菌及其他微生物是临床上的难题。临床上根管治疗中广泛使用的根管冲洗液NaClO对粪肠球菌有一定的杀菌效果[12]。氯己定凝胶和冲洗液对粪肠球菌也有良好的
杀菌效果，但由于凝胶和液体流动性的限制，很难进入细小根管分支和牙本质小管[13]。氢氧化钙是常
用的根管封药材料，通过改变根管内pH值等物理环境来改变适应细菌生长的环境，但是单独使用对粪肠球菌生物膜无法达到高效的杀菌效果[14]。
低温等离子体的特点是高效杀菌，使用方便快捷，活性物质易扩散[15]，由于这种特点，将其应用
于复杂根管系统中时，气化的活性成分可以扩散到根管系统中不规则的末端结构，弥补了根管治疗传统方法的不足。
本研究建立了7 d粪肠球菌感染根管的模型，其能够形成结构致密的粪肠球菌生物膜，可以模拟临床上长期根管感染久治不愈的感染状态，这比以往研究中的体外模型更接近临床实际情况。通过使用两种不同低温等离子体装置对根管系统内的细菌进行梯度时间处理，发现生物膜随着处理时间的延长，粪肠球菌的数量逐渐降低，进一步对两种装置的杀菌效果进行量化比较，发现介质阻挡放电装置对根管内粪肠球菌生物膜具有更高效的杀菌效果。
本研究中还使用两种装置处理了根管外培养的金黄色葡萄球菌，目的是为了直观地反映不同等离子体的渗透作用和杀菌范围。结果显示介质阻挡放电装置比辉光放电装置具有更大的杀菌范围，渗透性更强。这一结果为两种装置对根管内粪肠球菌杀灭效果的差异提供了间接证据，等离子体的渗透性越好，在根管系统中的杀菌优势越明显。
光谱分析是对低温等离子体活性成分分析最常用的手段，本研究显示两种装置产生的低温等离子体的活性物质成分基本一致，活性氧、羟自由基等的含量相近，但介质阻挡放电装置使用的是交流电，激发电压及电压峰值较高，且功率要比辉光放电装置高1倍，能量更充足。在相同气体、相同流量的情况下，介质阻挡装置产生的电离化气体的带电粒子更充分，在可见的等离子体射流周围有更广泛的离子化气体和自由基的存在区。这表明，活性物质和电子都是低温等离子体装置不可或缺的杀菌因素。
低温等离子体由于其低温、高效、渗透性强、作用范围广等特点，在对根管内粪肠球菌生物膜的杀灭中具有传统方法无法比拟的优势，为根管消毒方法提供了全新的思路，其中介质阻挡放电装置产生的等离子体杀菌效果更好。等离子体中活性成分破坏生物膜的机制和对正常组织可能的影响还有待进一步的研究。
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第2篇：等离子体物理范文
英文名称：等离子体科学与技术(英文版)
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主办单位：中国科学院等离子体物理研究所
出版周期：双月刊
出版地址：安徽省合肥市
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开
本：大16开
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国内刊号：34-1187/TL
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创刊时间：1999
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第3篇：等离子体物理范文
【关键词】纤维性能；等离子处理；吸湿性
1.低温等离子体技术
等离子体技术作为一种新型的纤维改性和织物整理方法以其低能耗、污染小、处理时间短、效果明显的特点引起了人们的关注。等离子体对纤维和纺织品的改性处理可以达到多种效果，如提高染色和显色性能改善织物视觉风格改变纤维摩擦性，提高可纺性能与成纱强度或织物力学性能防缩处理可使织物机可洗防皱及抗弯曲性处理改善织物的保形性和手感风格亲水性或拒水性整理提高染色性能、抗静电和舒适性或防水、防污功能改变表面性能和粘结性，提高复合材料或非织造布的强力涂层覆膜、表面接枝、沉降聚合减刻蚀或注入改性等以及纱线、织物的上浆、退浆和麻类、丝类的脱胶、棉类的脱蜡等方面，看来几乎可以涵盖纺织品表面处理的所有方面。
1.1 等离子的概念
等离子体是指处于电离状态的气态物质，其中带负电荷的粒子(电子、负离子)数等于带正电荷的粒子(正离子)数。通常与物质固态、液态和气态并列，称为物质第四态。通过气体放电或加热的办法，从外界获得足够能量，使气体分子或原子中轨道所束缚的电子变为自由电子，便可形成等离子体。
等离子体按气焰温度划分，实验室等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体。温度相当于108～109K完全电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体，叫做高温等离子体。低温等离子体又可划分为热等离子体和冷等离子体。热等离子体是在稠密高气压(1大气压以上)下，温度为103-105K的等离子体，如电弧、高频和燃烧等离子体，它一般能够向外辐射热量。冷等离子体是电子温度较高(约103-104K)、气体温度低的等离子体，这种等离子体是不会向外辐射热量的。如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、DBD介质阻挡放电等离子体。
低温等离子体目前研究在能源、信息、材料、化工、医疗、军工、航天等领域表现出了技术竞争力在同其他基础学科、技术领域的相互渗透、促进中，低温等离子体技术的研究与应用得到了不断发展。
1.2 等离子的工作原理
离子体的能量可通过光辐射、中性分子流和离子流作用于聚合物表面，这些能量的消散过程就使聚合物表面发生改性。在等离子体系中的中性粒子将通过连续不断地轰击固体表面将能量转移给聚合物。这些中性粒子的能量具有四种形式：动能、振动能、离解能和激化能。动能和振动能只对聚合物起加热作用，而自由基离解能则是通过引起聚合物表面的各种化学反应而得到消散的，激化分子和原子是以与固体表面碰撞而达到消散的。这些准稳态分子和原子的能量通常大于聚合物的离解能，因而在碰撞过程中会产生聚合物自由基。所以把织物密封置于该电场，电场中产生的大量等离子体极其高能的自由电子，能促使纤维表层产生腐蚀、交换、接枝和共聚反应。此外由于织物在处理过程中，等离子体中的分子、原子和离子渗入到纺织材料表面，材料表面的原子逸入等离子体中，这个过程使纤维表面大分子链断裂，从而使纤维受到等离子体粒子的刻蚀，表面产生粗糙的凹坑，使织物表面的吸湿性和粘着性增加，纤维之间的摩擦力增加，伴随着可能产生的化学反应，使织物表面产生化学和物理改性。
在真空状态下给气体施加电场，气体在电场提供的能量下会有气态转变为等离子体状态(也称物质的“第四态)。其中含有大量的电子、离子、光子和各类自由基等活性粒子。等离子体是部份离子化的气体，与普通气体相比，主要性质发生了本质的变化，是一种新物质聚集态。
利用等离子体中含有的大量电子、离子、激发态的原子、分子等活性粒子来轰击材料表面时．会将能量传递给表层分子，使材料发生热蚀、交联、降解和氧化，并使材料表面发生大量的自由基或引进一些极性基团而使材料表面性能获得优化。
低温等离子体技术通过高能粒子的物理和化学作用对纺织品/纤维表面进行改性，以其快捷、环保和干态的加工方式等特点，挑战传统以水为介质的化学湿法加工生产方式。
2.低温等离子体处理纺织品的方式及在纺织上的优点
2.1 低温等离子体处理纺织品的方式
低温等离子体的作用方式主要有三种：等离子体表面处理改性(PST法)、等离子体接枝聚合(PGP法）和等离子体沉积聚合（PPD法)[4]。
PST法是指非聚合性等离子体如氧气、氮气、氢气、氨气或水蒸气等对材料表面或极薄表层的活化、刻蚀处理，通常称为减量处理。因为低温等离子体中的电子等活性因素的能量(高达20eV)比有机化合物的化学键能(
PGP法是运用等离子体作用首先使表面活化，并引入活性基团，然后再运用接枝方法在原表面上接上许多活性支链，构成新表层。
PPD法是将有机化合物的气体（如有机氟、有机硅）形成等离子体状态，通过控制工艺条件，使其沉积在处理物表面形成覆膜的方法。后两类是增量处理法。
2.2 低温等离子体技术在纺织上的优点
低温等离子体处理可用于各种纤维、纱线、织物的表面改性，对纤维基体的内部影响小，不损伤纤维原有性能。清洁、快捷、无污染、成本低，在当今倡导清洁和绿色生产、节约资源的形势下，低温等离子体处理技术以其无需化学品、无需耗用大量水和能源、无需进行高成本废水处理和对环境友好的优势，在纺织工业中具有广阔的应用前景和市场。近年来国内外都在努力加强等离子体技术在纺织领域的应用研究。
3.等离子处理在纺织上的研究应用方向
(1)在纺织品前处理中的应用
在纺织品的前处理工序中，目前主要可用于各类织物的退浆，真丝和麻类生坯织物的脱胶，以及其它的杂质去除等。传统的织物退浆工艺（如棉织物等）需要经过退、煮、漂等多种工序，加工工序长，生产效率低，而且需要消耗大量水、能源和化学药品，同时产生大量的废水等。而低温等离子体技术的应用，可大大缩短其工艺流程及生产周期，节约能量和水资源，可有效降低企业的生产成本。
除此之外，低温等离子体在去除织物上其它杂质如色素、蜡质、果胶等也具有很好的效果。用氧或空气等离子体（频率13.56MHZ，真空度1Torr，放电功率100W）处理棉坯布后的芯吸性与工艺条件之间的关系，用空气等离子体处理60s，氧等离子体处理在30s后，棉布的除蜡质和浆料的效果达到正常煮炼漂白的程度。
(2)改善纤维或织物的吸湿、润湿性
利用低温等离子体中处于激发态的各种高能粒子的物理刻蚀和化学反应，或者通过等离子体的接枝、聚合沉积等方式，可在纺织品的纤维表面产生或引入亲水性基团、支链及侧基，从而可有效改善、提高纺织品的吸湿或润湿性。目前应用在疏水性的涤纶合纤类织物、涤纶/棉混纺交织物、棉纱以及腈纶类纺织品。
此外，低温等离子体技术在改善碳纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维及聚四氟乙烯纤维等的润湿性，得到大大改善。跟常规化学方法相比，其工艺更简单、流程更短，而且可轻易实现化学方法所不能进行的改性加工。
(3)提高毛类纤维纺织品的防缩绒性
羊毛类纺织品。由羊毛纤维外覆鳞片层所产生的定向摩擦效应，往往使这类织物在服用和洗涤的过程中产生收缩，从而影响织物的服用性能。因而为提高此类纺织品的尺寸稳定性和可洗性(尤其是可机洗性)，常需进行防缩绒加工。
利用低温等离子体的刻蚀和化学反应作用，可有效去除或削弱鳞片层的定向摩擦效应，可到达或提高织物的防缩绒性。与湿法化学加工中防缩处理相比，无需额外的化学药品或助剂，而且节水节能，无任何废水产生。
(4)提高或改善纺织品的染色性
目前等离子体技术在提高或改善纺织品的染色性方面的研究及应用，主要集中在棉、涤纶、锦纶，以及毛类(如羊毛、兔毛等)纺织品上。通过对棉纱或其织物处理后，可明显改善纱线或织物的毛效，提高染料及助剂在织物/纱线间的均匀吸附和扩散，使织物的上染率和匀染性得到提高。
低温等离子体的物理刻蚀作用，可提高合成纤维表面的粗糙度，对涤纶、锦纶等纺织品产生增深作用，可达到节约染化料的作用。毛类纤维表面的鳞片成，阻碍了染化料向纤维内相的扩散及在表面的吸附作用。经低温等离子体处理后，纤维鳞片的破坏或消失，可有效提高毛类织物的可染性和染深性，而且可加快上染过程。
将等离子体与2D树脂整理联合处理(先树脂整理后等离子体处理)，对改善直接染料苎麻织物的耐洗及耐摩擦牢度效果非常明显，而且染色牢度高于固色剂Y处理后的染色牢度，可代替固色剂Y处理。
(5)在纺织品后整理中的应用
低温等离子体在纺织品后整理中具有广泛的用途。根据整理目的和要求，可实现纺织品的多种功能加工，大大提高产品附加值。目前其在纺织品中的应用主要包括以下几类。
（a）“三防”整理
纺织品传统的“三防”整理，常常需要经过轧、烘、焙等工序，工艺流程长，需要耗用大量的能量；而且需要昂贵的整理剂，以及其它添加剂等。因而其加工成本高，同时整理后，往往也影响或牺牲纤维或织物本身的特性及性能。更为重要的是，这些整理剂或交联剂，以及其它添加剂中，可能含有或会产生如甲醛等的有毒有害物质，因而其在高档产品或外贸产品中的应用正越来越受到限制。
低温等离子体处理技术，以及特有的环保加工方式，可直接采用单体或相关气体作为功能整理剂对织物进行处理，同样可达到传统的“三防”整理效果。无需从单体到功能整理剂的化学合成过程，无需其它任何交联剂或添加剂等，而且工艺环保简单。
（b）在涂层整理中的应用
传统的涂层整理工艺中，除需要性能较好的涂层剂外，为增强涂层和织物的剥离强力或粘结力，各种交联剂等往往起到很重要的作用。低温等离子体处理技术，可直接起到或可取代交联剂的作用，能达到增强涂层织物剥离强力的功效。同时由于可减少或无需采用交联剂，涂层织物的手感将得到有效改善。
（c）其它功能整理
根据客户的要求，采用低温等离子体处理技术，还可进行各类纺织品的多种多样的特定整理。凡传统工艺能达到的效果，一般都可在等离子体处理技术中得到实现。如疏水性合成纤维的抗静电整理，各类纺织品的阻燃整理，留香整理等等。
4.低温等离子技术在纺织应用中存在的问题
4.1 时效性问题
低温等离子体对纤维改性效果的时间稳定性一直是个有争议的问题。南通工学院的陈惠美等在采用烘箱法改善涤纶长丝吸湿性研究中发现，在一般的非聚合性等离子体改性中，纤维的改性效果随放置时间的延长有所下降。开始时下降幅度较大，以后下降幅度较小，最后有趋于平衡稳定的态势。但在等离子体接枝聚合中，改性效果下降很小，可以认为不存在时效性问题。这与日本S.Kanazawa等人对聚四氟乙烯的等离子体改性研究所得结果一致。总之，时效性问题是一个较复杂的问题，目前仍无统一的看法。
4.2 目前发展中存在的问题
目前，低温等离子体技术基本上还处于实验阶段，试验的处理装置大多还是实验室的小装置，而且有以下不足：
（1）反应条件的设定因素多；
（2）对处理装置的依赖性大；
（3）反应复杂，生成物的化学结构难固定；
（4）处理装置的高频发生器、电机形状、处理气体导入法、监控法等有待进一步改进、完善；
（5）抽真空与连续化等问题影响了该项技术的工业化应用。
此外，到目前为止，虽然不同等离子体对同一织物产生不同的处理效果，以及同一等离子体不同作用参数产生不同作用效果已有许多研究成果，但由于等离子体技术作用机理的复杂性和等离子体固有的不稳定性，使得未解决的问题还有很多。发掘等离子体技术在纺织领域的更多用途，以及如何将等离子体技术应用于纺织大规模生产等，还有待于进行更广泛、更深入的研究。
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第4篇：等离子体物理范文
等离子体灭菌技术是消毒学领域近年来出现的一项新的物理灭菌技术，随着医学和生物高新技术的发展，现有灭菌技术已不能满足某些特殊要求，一些不耐高温的精密医疗仪器，如纤维窥镜和其它畏热材料都需要低温灭菌技术，等离子体灭菌技术是继甲烷、环氧已烷、戊二醛等灭菌技术之后，又一新的低温灭菌技术，等离子体灭菌技术克服了上述方法时间长，有毒性的缺点，是一种既安全，又可靠的全新的医疗器械低温灭菌方法。
1 原理
过氧化氢低温等离子灭菌器的工作原理是通过过氧化氢低温等离子体进行灭菌，等离子体是指不断从外部对物质施加能量而使其离解成了阴阳电荷粒子的物质状态，由于按照能级顺序，物质状态依次为固态、液态、气态、等离子体，因此等离子体习惯上又称为第四态，等离子体在消毒过程中通过特定方式使医疗器械和手术器械上的各种微生物失去活性，从而达到灭菌目的。其灭菌作用机理包括以下三个方面。
1.1 活性基团作用: 等离子体中含有的大量活性氧离子，高能自由基团等成份，极易与细菌、霉菌及芽胞、病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变化，使各类微生物死亡。
1.2 高速粒子击穿作用: 在灭菌实验后，通过电镜观察经等离子体作用后的细菌菌体与病毒颗粒图像，均呈现千疮百孔状，这是由具有高动能的电子和离子产生的击穿蚀刻效应所致。
1.3 紫外线的作用: 在激发H2O2 形成等离子体的过程中，伴随有部分紫外线产生，这种高能紫外光子（3.3-3.6ev）被微生物或病毒中蛋白质所吸收，致使其分子变性失活。
2 临床应用
2.1 主要应用临床医疗材质和几何形状都符合要求的器材，只要按照要求进行使用，该灭菌柜就能顺利达到10―6SAL的灭菌水平。
2.2 过氧化氢低温等离子灭菌器既可对金属医疗器材进行低温灭菌也可对非金属医疗器械进行低温灭菌，特别适用于非耐高热物品、非耐湿物品、主要有运动医学、妇科、外科、五官科、眼科、泌尿外科等腔镜器械，如关节镜、腹腔镜、鼻窦内镜、电切内镜、输尿管镜、电凝线、电钻、电锯等物理消毒。
3 灭菌器的特点
3.1 安装环境要求简单，不需要特殊的管道排水系统，不需要单独隔离的房间。
3.2 切断电源后，产生的各种活性粒子能够在几毫秒内消失，不会对操作人员构成伤害，安全可靠，所以不需要特殊的排风系统。
3.3 灭菌温度低，对器械无损伤，灭菌完成后即可使用，器械的周转速度快。
3.4 采用圆筒形灭菌室，能相对减少抽真空的时间，保证较好的电离效果。
第5篇：等离子体物理范文
等离子体DNA？
尽管等离子体的行为会遵循简单的电磁规律，但其行为的复杂性往往超乎想像，特别是有电流通过时的表现尤其不凡。早在20世纪初，瑞典科学家伯克兰和美国科学家朗格缪尔就发现等离子体会形成类似生命的现象：电流在等离子体中的传播会形成细丝，这些细丝之间距离太近的时候会相互排斥，但距离较远的时候又会相互吸引；如果有相距不太远的两股电流同时在等离子体中传播，那么所形成的这两股细丝会相互旋转并缠绕在一起，好像是拧成了绳子，又像是形成了双螺旋的DNA，这是由于两股电流产生的环形磁场间的复杂的相互作用导致的。
说形成了类似DNA的双螺旋结构一点不过分，电流双螺旋不稳定时，其相互作用会让不稳定的地方变为稳定的结构，类似DNA的修复；双螺旋还会分叉、断开，分为两个同样的双螺旋，类似DNA的复制过程。好像那就是等离子体DNA！
等离子体细胞？
更令人震惊的是，21世纪以来，罗马尼亚的物理学家竟然利用等离子体制造出了类似细胞的结构。研究者先把两个电极插入一个包含低温氩气等离子体（把零下100多摄氏度冷冻过的氩气容器放入高压电场中，氩气电离形成电子、氩离子以及氩原子混合的带电物质）的容器中，在电极间输入高压电，一个光彩耀目的能量弧产生了，从一个电极跳跃到另一个电极，就像是一个微型闪电。之后，奇妙的现象出现了，离子和电子在正电极处高浓度积聚，并立即形成球体：每个球体的外壳都分两层，外面一层是带负电的电子，里面一层是带正电的氩离子，内外两层形成了类似生物细胞的膜。
也许这没有什么，但奇妙的是，这些等离子球还能一分为二，复制出另一个球，与细菌的繁殖方式没有两样。不仅如此，在增大输入电量的过程中，等离子体球还会不断长大，直径可以从最初的几微米增大到几厘米，而且还可以通过吃食（捕获不带电的氩原子）继续长大。在增大电量的过程中，不仅等离子体球的直径会增大，等离子体球的寿命也随之增大。更不可思议的是，这些等离子体球之间还能够相互传递信息。有的等离子体球在形成后会由于各种因素而不断跳动（类似心脏的搏动），跳动的过程中会向周围辐射电磁波，这些电磁波被其他等离子体球接收后，电磁波本身的能量会让这些等离子体球都跳动起来，并且是以共同的频率跳动。就好像这些等离子体球相互串通了信息，共同行动一样。
这些等离子体球的表现与有生命的细胞像极了，生物学家定义活细胞有5个主要标准，即能够自我复制、能够传输信息、具有新陈代谢、能够生长，还要有将细胞与环境分离开的明确边界。这5个活细胞的标准，上述等离子体球都满足了，是不是真的可以把它们称为等离子体细胞了？
等离子体生命？
而且，等离子体在一瞬间就可以形成一个人形的生命，科学家近期通过放电的方式，在等离子体中制造出了人形电闪光。这闪光对胶片的曝光会留下清晰的一个人形，只是腰部左右侧的两个圈好像是多余的。有趣的是，地球上的岩石上竟然有很多这种类似的图案，收集者已经收集了25000多幅类似图案的岩画了。这些图案都有腰部的两个点或圈。这些图案虽然没有人形电闪光留下的影子对称，但是那共同的特征是相同的：双臂分开（上举），迈开双腿（行路），腰部两侧各有一个圆点或圆圈。
难道这是巧合吗？人形电闪光与人形岩画有什么关系？是等离子体生命曾经来到过地球，并在岩石上画下了自己的形象？还是古代的人见过这种形象的生命而把它们的形象保留下来？还是地球上形成的人形闪电击打到岩石上，留下了自己的形象？研究这个现象的科学家认为第三种推测可能性更大。
那么人形闪电不是很对称的吗？怎么留下的形象是歪歪扭扭的？确实，这是持这种说法的科学家的心头之痛：这确实不好解释，不过也许是由于岩石不均匀，人形闪电击打岩石的时候，岩石表面剥落时，也不均匀，于是这个过程就像手艺拙劣的石刻家在石头上留下了粗糙的作品。
但不管是哪种情况，等离子体的人形是可以形成的。等离子体虽然在地球上好像不常见，但在整个宇宙中，占据了可见物质的99%，所有的恒星都是等离子体组成的，宇宙空间中也飘散着等离子的稀薄气体。既然地球上普遍存在的碳可以形成我们熟悉的生命，那么宇宙中普遍存在的等离子体形成等离子体生命的可能性不是太大了吗？
磁气圈之谜
也许，对于我们来说，等离子体生命的探讨意义不大。更有意义的是，既然宇宙中大部分物质是等离子态的，那么，宇宙中的很多现象就与等离子体不无关系。值得关注的是，所有等离子体中的放电现象（电流通过时的现象）与放电的大小和规模无关，无论是在实验室、还是在星际间或星系范围，等离子体的表现是一样的。但有趣的是，这些现象的持续时间与放电的大小有关，基本成正比关系：实验室里的火花也许只是持续几个毫秒，但在星球范围内的放电，同样现象能持续几年，而在星系或更大范围内的放电，同样现象可以持续百万年。宇宙中的很多现象都可以用等离子体的性质来解释。
例如，行星周围一般都有磁气圈包裹着，保护着行星免受恒星辐射出的离子的侵袭。对于磁气圈的形成，科学家用等离子体也可以模拟出来，那是一瞬间的事情。把一个带电的球放入等离子体中后，等离子体会在球的周围马上形成一个双层的球形外套（一层是正电荷，一层是负电荷）把球包裹起来。这个外套也把球保护了起来，外界的正负电荷无法接触到内部的球。
那么为什么开始等离子体中的电荷不会与小球的电荷中和呢？这是因为等离子体中正负电荷是等量的，整体不显电性，假设小球带正电，并且等离子体中的电子与小球的正电中和了，那么等离子中靠近小球的一圈就有多余的正电荷剩余了，这一圈正电荷又会在小球表面感应出等量的负电荷，于是小球周围还是正负电荷的双层保护层，小球本身由于感应还是带正电。这层保护层如何屏蔽外界电荷呢？这与金属能够屏蔽电场是一样的，金属也可以看作自由电子与金属离子的混合体，类似等离子体。
彗星之谜
彗星一直被认为是由脏雪球组成的，因为彗星接近太阳的过程中，会因太阳风的吹拂而挥发，从而出现一个扫帚式的长长的尾巴，据分析，尾巴中确实含有大量的水汽。
但科学家用探测器考察彗星的表面，却发现彗星的表面并不是含水的脏雪球，例如深度太空1号（Deep Space 1）探测器飞越波瑞利彗星表面时，就发现波瑞利彗星表面不仅很干，而且很热，表面没有一丝水汽，只是在彗尾发现了水汽，而彗尾的水汽很可能是彗星表面带负电的氧离子与来自太阳风的带正电的氢离子反应而生成的。美国宇航局的星尘号探测器对瓦尔德-2彗星的探测更震惊了研究者：在靠近彗星的过程中，来自彗星的强烈的微尘喷射就像闪电一样袭击探测器，探测器表面布满了坑洞，这根本不像是挥发的脏雪球能做到的；而且分析显示，瓦尔德-2彗星含有异常灼热条件下才能形成的物质。
这些探测都让科学家很困惑，彗星到底是不是脏雪球组成的？如果不是，那么为什么会形成那么壮观的彗尾，如果是，为什么探测到的数据不是很支持这个说法？
研究等离子体的科学家可以解开这个谜团：计算机模拟显示，如果太阳周围存在球形电场，太阳系弥漫着等离子体物质，同时彗星也是带电的，那么不论彗星是岩石组成的还是脏雪球组成的，如果以长椭圆轨道接近太阳，太阳的电场和彗星的电场相互作用，会导致强烈的放电，这会剥离彗星表面的物质，而形成异常壮观的彗尾，彗尾中也都会因彗星上剥离的氧离子与太阳风中的氢离子反应有水汽。这样，彗星是不是脏雪球组成的就不重要了。
天体旋转之谜
还有，为什么宇宙中的天体、星系都在旋转？长期以来，科学家的解释很勉强：对于地球为什么会旋转，科学家解释说是地球形成时的尘埃盘把转动的动量给了地球，那么尘埃盘为什么会旋转？科学家也许会说是形成尘埃盘的物质把转动的动量给了尘埃盘，那么形成尘埃盘的物质又为什么会转动？……这样连续问下去，最后会问到为什么星云、星系会旋转，科学家还是解释不了。显然这种解释并没有揭示出宇宙中天体旋转的本质原因。
等离子体科学家通过实验发现：等离子体中相互作用的电流很自然地就会转动，再通过计算机模拟发现，宇宙中大规模的旋转的电流又能够把物质聚集起来形成旋转的星体和星系。由此可见，星体以及星系的形成和旋转，很可能只是等离子体中电流的独特行为，不需要不可见的暗物质来帮助（如果用引力理论来解释星系的旋转，科学家需要用大量的看不见的暗物质来贡献引力，才能解释星系整体的旋转），也不需要星系中心都有未证实的超大质量黑洞。
第6篇：等离子体物理范文
关键词：低温；等离子体；技术；环境工程；研究进展
引言
低温等离子体是一种非平衡状态的等离子体，在废渣、废气、废水等工业三废的处理过程中，具有独特的优势。只有通过不同等离子体的放电种类和放电原理进行分析和比较，才能总结出不同的低温等离子体在不同废弃物中的处理优势。
1 低温等离子体概述
当电离气体有着相等的正负电荷，电离度在千分之一以上时，就属于等离子体。对于等离子体来说，它的组成部分有很多，其中就要包含离子、电子、光子、中性原子、自由基等等。如果正离子的电荷数同电子的电荷数是一样的，那么，在整体上，呈现出来的就是电中性。同时，低温等离子体的形态很特别，既不是气态，也不是固态，更不是液态。在物质存在的形态里面，它属于这三种形态之外的一种形态。等离子体的特点较为突出，包括：在导电方面具有较强的性能，作为导电流体来说是非常优秀的，有鉴于此，可以将其应用在磁流体发电方面；电离气体在热效应方面也有一些体现；等离子体既不是气体、也不是固体、更不是液体，它是物质的第四种形态。低温的等离子体含有电子、离子、自由基、激发态分子，呈现电中性，但是很容易与其他的物质发生反应，性质比较活泼，反应的速度较快。
2 离子体的分类
一般情况下，把离子体按照热力学平衡的不同进行分类，可以分为高温等离子体、低温等离子体、热等离子体等三种离子类型。高温等离子体又叫做完全热力学等离子体，低温等离子体又叫非热力学等离子体，热等离子体又叫做局部热力学平衡等离子体。低温等离子体的表面温度比较低，在实际的应用过程中，应用范围非常的广泛。低温等离子体可以用来对半导体进行雕刻、可以对材料表面进行改性、可以对废气、废水进行处理、制备臭氧等。
3 低温等离子体的放电技术
3.1 放电类型
低温等离子的放电技术主要是指在电场作用下使气体电离，形成具有一定电导率的带电气体，气体放电的类型主要有辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电、滑动电弧放电等五种基本的类型。气体放电的具体形式是根据电场的参数决定。等离子体的形态不同，对应的直流伏安特性也不同。
3.2 辉光放电
辉光放电是属于低气压发电的，辉光放电的本质就是等离子体能够发光，放电本质就是原子或分子间的碰撞能够产生可见光。辉光放电的能级要高于电晕放电。辉光放电的工作压力非常低，构造的原理也非常的简单，只要在封闭的容器里放置两块平行的电极板，使中性的原子和分子在电子的作用下由激发态向基态转化，在转化的过程中就会释放出能量，发出可见光。辉光放电受到低气压的影响，在日常生活中不能广泛应用。辉光放电分为两种形式，一种是大气压辉光放电，一种是低气压辉光放电。大气压辉光放电与低气压辉光放电相比，低气压辉光放电成本较为高昂，大气压辉光放电生产成本和营运成本都比较低廉。因而，在生活中的适用范围比较广泛，可以采用辉光放电技术来制备臭氧、灭菌、消毒、进行空气净化、进行水处理等。
3.3 滑动电弧放电
滑动电弧放电是指电极上的电压超过了最小的击穿电压，电压越高，电子流过电场的时间越短。电极两端的高电压会使在电极间流动的气体在电极最窄处被击穿，电源击穿后，就会以中等电压提供强有力的能够产生电弧的大电流，电弧熄灭后，重新起弧，周而复始，这种在两个电极间产生电弧击穿的通道放电的现象就叫做电弧放电。
3.4 低温等离子体的介质阻挡放电
在两个放电电极之间充满气体，并在电极上覆盖绝缘物，在两个电极上加上足够大的电压和电流，让电极之间的气体被击穿而产生电流，电极之间的气体是介质，让这种介质放电，就是低温等离子体的介质放电原理。放电的电荷会在阻挡介质表面积累，形成电场。在介质表面形成的是反向电场，影响了电荷的传播，使这些电荷不能够形成电流，大部分以微电的形式存在，介质放电原理的使用条件很宽裕，不需要真空的环境，只要在大气压条件下，或者高于大气压的条件下，都能够产生介质放电。介质放电原理在汽车的尾气处理、臭氧制备、温室气体处理、污染物气体处理等方面应用十分广泛。介质阻挡放电原理放电稳定、能效较高。
4 低温等离子体技术在环境工程中的应用
4.1 低温等离子技术可以对废气进行处理
随着工业经济的不断快速迅猛发展，在石油、油漆、印刷、涂料中产生了大量的废气，这些挥发性的有机物气体，随风漂移，给环境带来了严重污染。直接对人体的健康造成了危害。这些有机物气体让大气逐渐恶化，形成了酸雨。二氧化碳的大量排放，是全球的气温变化的主要原因。这些有机物气体的危害严重，已经引起了世界各个国家的关注。低温等离子技术是一种可行的、经济实惠的处理办法。
汽车尾气污染在全球都是引人关注的话题，汽车尾气的排放物主要有氮氧化物、一氧化碳、黑烟颗粒等有机废物，在汽车尾气处理过程中，可以利用低温等离子体介质阻挡放电原理将汽车的尾气处理成氮气、二氧化碳、水等没有危害或者危害很小的有机物和无机物。低温等离子体技术的应用可以有效去除废气物中的污染气体。
4.2 低温等离子体技术可以处理废水
当前，水资源的污染严重是世界各个国家都普遍关注的话题，在水污染问题中，污染最为严重的是有机物的水污染问题，这些有机物的污染在水域h境中存在时间长、危害范围大、危害的范围广、污染严重、污染物难以降解。
低温等离子体的废水处理技术是一种多种作用融于一体的处理技术，低温等离子技术具有高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光分解等作用，低温等离子体处理废水技术研究表明，大分子物质可以降解为小分子物质，芳香类物质可以降解为有机酸。
低温等离子体能够对水污染中的有机物进行有效的降解，将有机物分解为危害比较小的有机物或者无机物。低温等离子体中大量存在的高能电子将大分子有机物降解为小分子物质。目前，低温等离子技术对污水的处理还处于试验阶段，各个专家都从各自的专业领域，证明了低温等离子体降解污染物的有效性。低温等离子体技术中的脉冲电晕放电可以有效降解燃料污染物中的酚酞物质。一般来讲当脉冲峰值在38千伏时，只需要一分钟左右，就可以将污染物中难以降解的物质完全脱色。
4.3 低温等离子体在臭氧制备方面的应用
臭氧在日常生活中的应用很广泛，臭氧具有强氧化性，是一种强氧化剂，能够加速其他物质反应，提高其他物质的反应速率，是一种催化剂。臭氧还能使其他物质脱色，常用来作为脱色剂。臭氧能够去除空气中的臭味，可以作为除臭剂。
低温等离子体制备臭氧的技术应用很广泛，臭氧制备器就是采用低温等离子体技术的放电原理来制备臭氧的，但是低温等离子体制备臭氧的反应发生器的费用较高，在工业的制备臭氧的应用上受到了限制。
5 结束语
低温等离子体技术在环境工程中的应用十分广泛，目前，低温等离子技术还处于试验阶段，要加快低温等离子体技术的发展，利用低温等离子体技术处理环境污染。低温等离子体技术是一种新的技术，这种技术的投入必将提高企业的生产能力。
第7篇：等离子体物理范文
关键词：电极；等离子体；放电；装置
中图分类号：S330 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（c）-0000-00
利用等离子体高新技术实现改性处理已越来越为人们所认可[1]，研制和开发等离子体改性的工业化设备也越来越受到重视。等离子体改性设备中的一个最重要的配件就是通过气体放电产生等离子体的放电电源。
1 射频电源在等离子体种子激活改性设备中的重要性
通常所用的电源按频率分类可分为：直流电源、低频电源、射频电源和微波等[2-4]。如果是采用直流电源，则为了防止电弧的形成而需要使用限流电阻器，对不同的气体和不同的工作条件，都要改变限流电阻阻值，因此难以调控，而且限流电阻本身也消耗电功率；对于低频电源：由于激发频率低，交变周期长，比等离子体存在的时间大，因而，在每半周期内等离子体变暗或熄灭，极不稳定；微波电源虽然频率高，等离子体稳定，反应活性大，但对于大体积等离子体反应室而言，不仅微波电源价格昂贵，而且难以获得均匀的等离子体。所以在产生等离子体的低气压辉光放电中通常采用射频电源[5]。
等离子体表面改性设备使用电源的原则是使等离子体中的活性粒子在电场作用下尽可能获得更多的能量，相互进行能量交换，尤其是发生非弹性碰撞。带电粒子在电场作用下的运动速率（U）和带电粒子本身的迁移率（K）及电场强度（E）有关（U=KE），一般来说，离子的质量是电子质量的几千倍，离子在电场方向的移动距离非常小，所以常视为静止，而主要是电子的运动。在低气压辉光放电的等离子体改性设备中通常使用的射频电源的频率是13.56 Mhz ，由于其频率十分高，电子在快速的交变电场中往返振荡，不断的加速运动就会从电场中获得更多的能量，并将其能量转换给其他粒子，又产生新的粒子和光子等。在这样高频电场的作用下，等离子体中活性粒子的熄灭时间比激发的半周期时间大得多，因此等离子体非常稳定，反应活性也非常强。另外，引进射频电源的两片电极，只是产生高速变化的交变强电场，提供电子在电场中获取能量，而并非有传导电流通过（甚至在玻璃反应室的情况，还可以无极放电），因此，电极本身不会过度加热。同时，不论等离子体反应室体积大小，使用射频电源都可以获得均匀的等离子体工作区。但是等离子体改性设备使用射频电源也有不利之处：（1）需要一个阻抗匹配网络，调节射频等离子体的入射功率和反射功率，使电源的阻抗与等离子体阻抗相匹配。（2）由于射频电源的频率十分高，因而电源开启时对其他部件的干扰十分强烈，或者在非工作区放电，以至于影响等离子体的改性效果，射频的泄漏还会危害人体健康。
2 射频电源应用的两项技术
（1）悬浮电极
射频电源的输出两端连接在两块电极上，为使阻抗匹配更好，两根引线尽可能等长，并且反应室内所有导电部件不与外壳相连（一般情况下，外壳是与地相通的），如果有一电极与外壳相连，则存在两个弊端：① 不仅是电极之间放电，而且电极还要与外壳放电，形成非工作区的放电，损耗电源功率。②由于一个电极与外壳相连，则与外壳相连的那个电极的导电表面积将大大地大于另一个电极，等离子体产生之后，在表面积上的等离子体鞘形成的负电位也将相差悬殊，形成巨大的自偏压，从而使放电中的直流成分增加，影响等离子体处理效果。
（2）屏蔽电场
放电电极即使不与外壳相连，由于射频电源感应效应，电极也可能与外壳局部放电，产生等离子体非工作区，为此，在电极与外壳之间设置一悬浮的金属板，从而阻断其产生电场的可能，起了屏蔽场的作用，达到预定的效果。
3 射频电源非工作区屏蔽
当外加频率足够高时，振荡周期将可以与电子或离子（特别是离子）跨越等离子体和电极间的鞘层所需的时间相比拟，在这样的射频下（RF），注入功率与等离子体的互作用几乎完全受位移电流而不是实在电流支配，因而物理过程就完全不同了。射频电源最重要的优点之一是：它与等离子体的互作用是通过位移电流而不是传导电流，因而无需电极与等离子体相接触即可实现互作用，特别是产纯度的控制是一重要因素时，电极引起的污染是一严重的缺点，没有携带电流的电极与等离子体相接触，还可改善其可靠性，生产重复性，等离子体反应器本身寿命及产品质量。
沉积在等离子体内的RF功率转换为位移电流，不是真的电流。这意味着更少的电子和离子轰击电极；通过真空室壁功率耦合较少；电极加热较少；没有或者弱得多的直流电弧电极喷注；较低的损失和壁复合，这些都是因为从等离子体中丢失电子和离子的减少机制。
通常，已经证实RF产生的等离子体比等效DC或AC等离子体可更稳定地运行，特别是电极效应方面和它可以在没有某些DC或AC放电中出现的那种放电模式的跃变。RF等离子体可提供比具有相同电子密度的等效DC或 AC等离子体源更高的电子动力学温度，这将有利于需要增加自由基的场合，如等离子体化学反应或分解，以及电离反应。RF产生的等离子体常常比具有相同体积和密度的等效 DC或AC等离子体有更高的电气效率，部分原因是它们有更低的电极损失。鉴于以上的这种优点，研制的大型冷等离子体改性设备就采用射频（RF）电源作为工作电源。但是，对设备外壳采用金属时，就必须对壳体进行接地屏蔽，防止射频（RF）泄漏而对人体产生危害。这就势必带来工作电极对地（即非工作区）放电问题。
因为在射频（RF）输出端为电感耦合，其原边的一端为地，因为耦合的原理，可以肯定的说，其副边的两端都会对地放电。即使采用后的绝缘层隔离，都很难阻止极板对地的放电现象。这就造成了很大的功耗，使工作区的工作体无法正常被加工。而且，由于极板的对地放电，造成两板的不平衡（在瞬间可以视作地加电极对另一电极）则两极面积不对称而产生自偏压。这对等离子体化学反应或分解以及电离是极为不利的。为此，通过反复试验，找到了克服这种现象的根本措施――悬浮屏蔽法。所谓悬浮屏蔽法就是在电极和地之间采用金属板隔离，（该金属板为悬浮状态）阻断其产生交变电场的可能。这样，在电极之间产生的正常的辉光放电，自偏压亦很低（≤80V），各项技术指标均能达到预期的要求。
4 总结
通过与直流电源、低频电源和微波电源应用对比分析，低气压辉光放电等离子体采用射频电源优势明显。通过射频电源应用是悬浮电极和屏蔽电场二项技术的应用，将扩展射频电源在各类等离子体激活改性设备中的应用。
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第8篇：等离子体物理范文
Abstract： Plasma technology has been widely used in various fields. Plasma is a kind of material with high energy， and its application has been expanded. The research of plasma seed treatment technology and the development of digital plasma seed processor are studied. The digital model of plasma seed processor is constructed by CATIA software system. Based on the data of the whole life cycle of the product， the whole production process is simulated， and the production capacity evaluation and the plant planning of the digital production line are evaluated and optimized. The technology and digital equipment have certain industrial application prospect.
关键词：数字化；等离子体；装备；规划
Key words： digitization；plasma；equipment；program
中图分类号：S223.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0195-02
0 引言
我国正在实行社会主义新农村建设，如何保障耕地的合理高效使用，提高农产品产量，改善农民的生活水平，迫切需要一种提高农作物单位产量的技术。等离子种子处理技术是一种先进的技术，开辟了等离子体在农作物上应用的新途径，为农作物的高产稳产创出了一条新路子，丰富了我国的农业增产技术。
1 等离子种子处理技术
等离子体内包含大量的活性粒子，比如电子、自由基、光子、激发态的原子、分子、离子等，是一种高能量的物质聚集态。要想利用等离子体处理种子，第一步就需要先获得稳定的等离子体发生装置，常用的方法是将空气电离，形成空气等离子体，选取适当的密封容器，对密封容器进行抽真空处理，所谓真空就是低于一个大气压的气体状态，一个大气压为数万帕，而用于产生等离子体的真空一般气压在100帕左右，在这个密封的容器里还必须装有两个电极，由两块导电的平行板构成，相当于一个平行板电容器，电极通过导线与外界相连，当真空度到100帕左右时，接通电源，在一定电压的作用下，真空容器中两平行板电极间的空气被电离，就形成了空气等离子体，在两极板间主要是氮离子、氧离子和电子，一般物质在等离子体状态下常常伴有辉光放电现象，这就是等离子体发生器的基本原理。有了等离子体发生器，然后将作物的种子以某种方式放入真空容器中两极板间，让极板间的等离子体与种子相互接触，通过一定时间、一定强度的等离子处理，种子的活性就可以得到提高，从而达到农作物提高抵御病虫害能力和提高产量的目的。
2 数字化等离子种子处理机
等离子体技术在我国还属于一种新兴技术，因此等离子体种子处理设备也相对陌生，但该设备的出现弥补了我国冷等离子体种子激活处理设备的空白，具有重要的现实意义。冷等离子体种子激活处理设备主要由真空系统、放电系统、传动系统、控制系统四部分组成。借助合适的软件平台进行数字化平台构建。Dassault Systemes的CATIA软件系统中DELMIA 模块包括两个相互关联的独立软件，DPE（数字工艺工程）和DPM（数字制造工艺）。DPE 为数字化工艺规划平台，是产品工艺和资源规划应用的平台。利用在产品设计初步阶段产生的数字样机或EBOM数据，进行产品分析，工流程定义，制定总工艺设计计划，工艺细节规划、工艺路线制定；同时还可实现工艺方案评估，工时分析，车间设施布局和车间的物流仿真等功能。DPM 为工艺细节规划和验证应用的环境。它是按照DPE 中设计好的各种工艺并结合各种制造资源，以实际产品的3 维（或数字样机）模型，构造3 维工艺过程，进行数字化装配过程仿真与验证。
3 等离子种子处理机数字模型的构建
等离子种子处理机主要由真空系统、传动系统、控制系统、放电系统四大系统组成。我们分别对四大系统应用CATIA V5进行三维数字模型的构建，进行装配，生成EBOM表，并且优化仿真，有限元分析，然后再进行总装，制定加工流程等。
放电系统与传动系统等装置存在于真空系统的内部，所以真空系统是整套设备的载体，重中之重，当起密封性出现问题时，由于真空仓内部气压与外界的标准大气压相差较大，轻则机器损坏，重则引起整个机器的爆炸，造成不可挽回的损失。所以我们需要随其进行虚拟的装配仿真、零件干涉验证，生成EBOM表、以及强度的校核等工作。
在实际安装过程中，通常先完成各个部件的子装配及完成各部件的拼装。根据工程实际情况，装配体采用自下而上的建模方法。在建模过程中，用螺栓拧紧的和焊接的连接，拧紧后的一个整体视为同一个零件装配。
在等离子种子优化机的设计过程中，对真空系统进行虚拟装配，可以满足工程人员查看有关装配问题的需要，帮助他们做出决策，例如选择零部件配合公差、确定零部件在拆装过程中所需的空间、安排零部件的拆装方向和轨迹等，从而确定合理地装配工艺和装配流程，并应用到实际的产品设计当中，如此不仅能够提高设计环节的装配精度，还能够大大提高工作效率。此外，真空系统的虚拟装配系统可以比较准确地反映产品的物理性能，由于利用真空系统的虚拟装配系统能够在大批量生产产品之前就做出虚拟样机，从而帮助设计者找到设计缺陷，提高设计质量，且能够大大降低成本，避免了资源浪费。
4 数字化生产线的产能评估和厂区规划
数字化工厂（DF）是指以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步U展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。它将有利于我们进行规划厂区、预估产能、工艺规划等工作人机工程学是研究“人一机一环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决该系统中的效能、健康问题提供理论与方法的科学。通过数字化的仿真分析，发现该套设备的一次生产周期我2分钟，而与流水线配套使用后，则可以连续生产，大大提高了生产率，一条流水线在一个工时（4小时）内的小麦处理产能为480kg。
一般流水线的形式分为“一字型、U型、环型”等形式，传统流水线多为“一字型”，但是经常出现前后不协调的问题，比如人行通道面积与工作区域发生干涉等问题。该条流水线我们设计成U型如图3为所示，总占地面积为15平方米，人行道面积宽为5米，按一个厂房1000平米算的话，可以布置约30条的流水线，并且整体布局较为合理。
5 总结
当前物理学研究的一个重要方向就是等离子体，国际上很多国家都将其应用在了生物学和农业领域，并取得了不错的成果，但是关于低温等离子体种子处理的作用机理研究还需更加深入。现阶段冷等离子体种子处理技术已经比较成熟，具备进入产业化推广应用阶段的条件，但是要想使该技术得到进一步的推广应用，还需要政府的大力支持。
参考文献：
[1]梁久丽.等离子体种子处理技术的有益尝试[J].农机使用与维护，2012，103（1）：101-102.
第9篇：等离子体物理范文
0引言
当高功率的脉冲激光聚焦于液体中时，在聚焦区域液体分子被脉冲激光产生的强电场电离，产生电子．在这个复杂的物理过程中，有的过程会产生自由电子，有的过程会抑制自由电子的产生，其结果导致存在一个激光强度阈值，当脉冲激光光强超过液体击穿阈值时，自由电子密度成指数速率增长；当电子达到一定浓度时就可以形成等离子体，由于等离子体具有很大的光吸收系数，使腔体进一步吸收激光能量，进而发生爆炸式膨胀，该过程便被称为液体中的光击穿．近年来，随着光击穿效应在眼科激光手术中的应用［1］，人们对液体中的光击穿效应也越来越关注，尤其是短脉冲激光器（如飞秒激光器）的诞生，进一步激起了人们对激光与液体相互作用的研究热情［2－5］．本文从自由电子密度速率方程出发，通过等离子体椭球模型，借助中子扩散方程，推导出液体中电子扩散速率的表达式，进而得出水的击穿阈值，并将理论计算结果与实验数据进行了比较和分析，结果表明等离子体椭球模型更符合实际情况．等离子体椭球模型的建立为光击穿效应应用于眼内介质、含水介质或其他含水生物组织，以及短脉冲激光在眼科激光手术上的应用提供一些理论参考．
1等离子体密度演化的速率方程
为了确定液体中发生光击穿的脉冲激光强度阈值，需要计算出在脉冲激光作用下的自由电子密度演化情况．用来描述等离子体中自由电子密度演化过程的速率方程为［6－7］式中dρ／（dt）m为多光子电离产生的电子；ηcascρ为雪崩电离产生的电子，ηcasc为雪崩电离速率；gρ为扩散到聚焦区域以外的电子，g为电子扩散损失率；ηrecρ2为电子的复合损失，ηrec为电子复合速率．
2等离子体椭球模型的应用
2．1等离子体椭球模型当高功率脉冲激光聚焦区域的介质被电离产生电子后，该区域与脉冲激光聚焦区域外的电子浓度出现差异，进而电子发生扩散，这种扩散对激光聚焦区域较小的液体介质的光击穿影响很大．等离子体椭球模型：当脉冲激光束聚焦到液体中，考虑到脉冲激光在聚焦区域的特征以及液体中光击穿的实验情况，可将脉冲激光的聚焦区域形状视为椭球．如图1所示，椭球的半长轴a，与激光束的能量相关，半短轴b，与激光束照射区域相关．
2．2电子扩散速率的计算根据量子力学的基本原理，借助中子扩散方程，令等离子体椭球中电子的扩散长度Λ＝B－1g，其中Bg为椭球的“几何曲率”，在稳态情况下，Bg是波动方程解的最小本征值．式中，s是包括外推长度在内的椭球表面．
2．3击穿阈值为了确保雪崩电离的启动，焦点区域Vf内至少得有10个“种子”电子，尤其是在皮秒和飞秒脉冲的情况下．由此可见，焦点区域的变化对雪崩电离的启动也会有相应的影响．此时，电子的雪崩电离速率表达式为式中：M为液体介质的分子质量，ω为角频率，Vf＝4／3πa2b为椭球体的体积．利用式（16），将不同的光强值Imax代入式（1）中求解，直到数值解出的最大自由电子密度ρmax等于光击穿的临界电子密度ρcr（2×1021cm－3）［8，12］，此时的光强值Imax就是所要求的击穿阈值光强．
3结果与比较
利用上述公式，使用不同波长、脉宽、焦点半径的激光脉冲，计算出水的击穿阈值，并将计算的结果与已知的实验数据［8－10］和其他模型进行比较，如表1所示．通过比较发现等离子体椭球模型得出的击穿阈值更接近于实验结果。