等離子清潔去污原理

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-08-22

等離子體作為物質(zhì)的第四態(tài)，與其他三態(tài)物質(zhì)不僅在物理狀態(tài)上有所不同，在基本性質(zhì)上也有著根本的不同。如圖（1）所示，是以水例，物質(zhì)形態(tài)不斷變化的過(guò)程示意圖。由于外界不斷輻射的能量，冰被加熱，從固體融化為液體，液體再蒸發(fā)成氣體，氣體再電離，最后變成等離子體。從宏觀上來(lái)看，等離子體是一團(tuán)呈電中性的高活性氣體。微觀上看，等離子體是由大量的電子、正負(fù)離子、高活性分子及原子等粒子組成。

圖 1-1 物質(zhì)形態(tài)變化的示意圖

等離子清潔去污包含著物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用過(guò)程，通過(guò)化學(xué)或物理作用對(duì)工件表面進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)分子水平的污染物去除，從而提高工件表面活性。

等離子清潔去污原理可以總結(jié)為下列幾個(gè)方面:

（1）激發(fā)作用
在電場(chǎng)中獲得能量的電子，通過(guò)碰撞將帶有的能量傳遞給污染物氣體中的分子或者原子，這些粒子獲得能量后會(huì)處于激發(fā)態(tài)，同時(shí)伴隨著分子或者原子的物理活性和化學(xué)活性的提高。反應(yīng)式如下：
e+A→e+A*
e+A₂→e+A₂*
e+AB→e+AB*

（2）附著作用
等離子體中的高能電子在電場(chǎng)的作用下，高速碰撞污染物的分子，將會(huì)使污染物分子最外層的電子分離出去，分子發(fā)生電離，形成一個(gè)正離子和一個(gè)電子。在電場(chǎng)的作用下，離子向電極移動(dòng)的移動(dòng)過(guò)程中會(huì)與其他顆粒聚集，最后發(fā)生沉降。而分離出去的電子則又會(huì)去碰撞別的分子。反應(yīng)方程式如下：
e+AB→A⁺+B
e+A2→e+A⁺+A^-
e+AB→e+A⁺+B^-

（3）化學(xué)鍵破壞作用
在一般放電情況下，低溫等離子體中電子能量大約在1~10eV。而大部分污染物分子結(jié)構(gòu)中的化學(xué)鍵鍵能不超過(guò)10eV，低溫等離子體中的高能電子會(huì)撞擊污染物分子，使分子裂解成自由基。例如有機(jī)物污染物苯中的C-H鍵鍵能為4.9eV，當(dāng)?shù)入x子體中電子的能量足夠高時(shí)，苯穩(wěn)定的化學(xué)環(huán)狀結(jié)構(gòu)會(huì)在電子的撞擊下被破壞，分解成兩個(gè)或者多個(gè)高活性粒子。表1-1給出了一些化學(xué)鍵鍵能大小。

表 1-1 化學(xué)鍵鍵能

（4）化學(xué)作用
等離子體中的強(qiáng)氧化性物質(zhì)和高能活性基團(tuán)，例如O₃、OH、O、N等，會(huì)與污染物或者污染物分解的活性粒子基團(tuán)發(fā)生一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，將污染物氧化成水、二氧化碳、及其其他綠色產(chǎn)物。例如有機(jī)污染物會(huì)與等離子體中其他的活性基團(tuán)反應(yīng)生成水和二氧化碳。反應(yīng)式如下：
O₂＋e^－→2O※+e^－
O※＋有機(jī)物→CO₂+H₂O

由于等離子體可以在常壓和常溫條件下產(chǎn)生，不需要借助任何化學(xué)試劑或特殊環(huán)境條件,且等離子體處理過(guò)程中會(huì)生成大量的活性反應(yīng)物，這些活性物質(zhì)可以與材料表面的污染物發(fā)生反應(yīng)，將材料表面的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)去除，因此，等離子清潔被認(rèn)為是一種快速廉價(jià)的去污方法，已被廣泛應(yīng)用于材料的表面去污。